Встреча с шатуном: Что делать при встрече с шатуном? | В когтях у хищника

Есть потребность?
Лучшая цена

Обратный отсчет шатуна — журнал Pontiac High Performance

Шатун может быть наиболее нагруженным компонентом в двигателе, поглощая сжимающие нагрузки и сопротивляясь центробежным силам при каждом обороте кривошипа.При рассмотрении вопроса о том, насколько прочным должен быть шатун, неудивительно, что большинство считает низколитой шатун самым слабым звеном в цепи производительности Pontiac. Некоторые на самом деле считают, что он спонтанно самоуничтожится при воздействии любой значительной нагрузки в высокопроизводительном двигателе. Не правда.

Компания Pontiac изготовила литые стержни из ArmaSteel, перлитного ковкого железа, обладающего свойствами стали. Представленный для избранных применений в 1963 году, Pontiac считал, что он достаточно прочен для использования во всех обычных серийных двигателях, начиная с 1967 года, включая его мельницы Ram Air и High Output.Отказы с уличными двигателями случались редко, но во время соревнований по дрэг-стрипу болты тяги литых шатунов диаметром 38 дюймов иногда растягивались на очень высоких оборотах, что приводило к пробуксовке подшипников, а иногда и к полному выходу из строя шатунов.

При разработке модели Super-Duty 455 в начале 70-х компания Pontiac использовала прочный шатун из кованой стали стандартных размеров и 716-дюймовые болты. Хотя это было довольно дорого, это был единственный вариант, который был у гонщиков в то время, и поставщик PMD не мог справиться с заказами. После прекращения производства в 80-х годах не осталось жизнеспособных вариантов кованых удилищ, и гонщики и любители производительности платили большие деньги за комплект NOS или дорогие кастомные удилища.

Сегодня, однако, существует широкий ассортимент прочных шатунов, которые идеально подходят для всего: от базового ремонта до высококлассных гоночных двигателей. Во всех обычных серийных двигателях Pontiac V-8, от 326 до 455, использовался шатун, размер которого составляет 6,625 дюйма от центра отверстия под палец (маленький конец) до центра отверстия коленчатого вала (большой конец), отверстие под палец составляет 0 .980 дюймов и диаметр шейки коленчатого вала 2,374 дюйма. Типичный литой стержень Pontiac весит почти 900 граммов, в то время как поковки SD-455 обычно весят 850 граммов или чуть больше.

С помощью этой информации вы можете сравнить предложения вторичного рынка в нашем Техническом руководстве по шатунам. Ваш любимый производитель двигателей Pontiac или поставщик запчастей может помочь вам решить, какой стержень лучше всего подходит для вашей конкретной сборки. Скорее всего, они уже продают некоторые из них по очень конкурентоспособной цене!

RPM International в Серритосе, Калифорния, начала производить шатуны из кованой стали для Chevy и Ford на своем предприятии в Китае в 2000 году. «Мы владеем заводом и нанимаем всех сотрудников. Это помогает нам контролировать качество и постоянство. увидел возможность в хобби Pontiac и в 2005 году представил два шатуна разной стандартной длины», — объясняет менеджер по продажам Тоби Олдрете.

Восстановление комплекта литых шатунов Pontiac, которым более 30 лет, может стоить до 200 долларов. «Наши сменные шатуны предназначены для тех, кто может повторно использовать литые шатуны Pontiac во время ремонта», — говорит Олдрете. «Набор продается менее чем за 250 долларов и подходит без каких-либо модификаций. При весе почти 750 грамм наше удилище легче литого оригинала, но его конструкция из стали 5140 и двухкомпонентные 716-дюймовые крепления ARP (также доступны с одним винты с головкой под ключ) делают его гораздо более прочным. Мы оцениваем его до 500 л.с. и 6200 об/мин.»

RPM International также производит поковки двутавровых и двутавровых балок для Pontiac из стали 4340, более прочного материала. «Наша двутавровая балка более популярна, потому что она выглядит массивнее. Весит он около 760 грамм, тогда как наш двутавр весит на 30-40 грамм меньше. Прочность не обязательно является проблемой в диапазоне относительно низких оборотов, в котором обычно работают Pontiac, но для некоторых важна экономия веса, поскольку она может улучшить производительность на высоких оборотах в определенных приложениях», — добавляет Олдрете.

Шатуны из стали 4340 оснащен винтами с головкой ARP 8740 диаметром 716 дюймов и продается по цене менее 400 долларов. «У нас есть клиенты, которые имеют мощность более 800 л.с. и развивают скорость до 7000 об/мин», — говорит он. «Мы рекомендуем устанавливать винты с головкой ARP серии 2000 в приложениях с более высокой мощностью или при использовании принудительной индукции или закиси азота. Внезапное ускорение, связанное с такими двигателями, может сильно нагрузить крепеж, поэтому модернизация может повысить надежность».

В то время как стандартная поковка 5140 доступна только с запрессованным штифтом, поковки Pontiac 4340 также доступны с бронзовой втулкой для плавающих пальцев.RPM International предлагает свой кованый 4340 двутавровый и двутавровый стержень длиной 6,7 и 6,8 дюймов с отверстием под шатунную шейку меньшего диаметра для использования с ходовыми коленчатыми валами. Он также предлагает двутавровую балку с точно обработанным отверстием в балке для надежной смазки запястья для приложений с наддувом.

Компания Eagle Specialty Products (ESP) из Саутхейвена, штат Миссисипи, в середине 90-х заполнила большую рыночную нишу своим шатуном из кованой стали с двутавровой балкой, характерным для Pontiac. «Мы начали разрабатывать высококачественные шатуны в 80-х, — говорит маркетолог ESP Алан Дэвис.«Мы хотели предложить экономичный, но прочный вариант между серийными удилищами и высококлассными кастомными. Мы выбрали конструкцию с двутавровой балкой, чтобы максимизировать прочность, и, производя ее в массовом масштабе с использованием иностранной рабочей силы, она могла бы иметь высококлассные характеристики. долговечность по доступной цене».

Компания ESP установила партнерские отношения с зарубежной компанией, предоставив ей оборудование и материалы и обучив своих сотрудников тому, чтобы каждая штанга соответствовала строгим спецификациям ESP. «Мы используем материал, легированный и подвергнутый термообработке в соответствии со спецификациями AISI 4340», — объясняет Дэвис.«Наши стержни выкованы из двух частей, где одна поковка балки, а другая крышка. Крышка прижимается перпендикулярно балке для дальнейшего повышения прочности. Каждый стержень обрабатывается на станке с ЧПУ и подвергается дробеструйной обработке для устранения внешних дефектов, которые может нарушить целостность. Размер отверстия шатуна измеряется с помощью оборудования Sunnen Krossgrinding».

Двутавровая балка ESP, соответствующая спецификации Pontiac, доступна в конструкции с запрессованным штифтом или с бронзовой втулкой для плавающих штифтов. При весе почти 760 граммов ESP утверждает, что его стандартная двутавровая балка может выдерживать до 850 л.с. и 7000 об/мин в типичном Pontiac 455.«Наши шатуны рассчитаны на мощность 1500 л.с., но мы используем 716-дюймовые болты серии ARP 8740, чтобы снизить стоимость», — добавляет Дэвис. Для тех немногих гонщиков, которые строят двигатели мощностью более 850 л.с., мы предлагаем болты с головкой под ключ серии ARP 2000 или L19 в качестве апгрейда, что увеличивает лимит до 1500″. 550 долларов, а модернизированные крепежные элементы добавят еще около 100 долларов. «Наши шатуны стандартного размера остаются популярными для высокопроизводительных уличных и гоночных двигателей, а наши более длинные 6,7- и 6,8-дюймовые шатуны с меньшим диаметром шатунной шейки довольно популярны среди тех, кто занимается сборкой. Строкер Понтиак; они продаются примерно по одной цене.

Компания Crower Cams and Equipment из Сан-Диего, штат Калифорния, десятилетиями производила высококачественные компоненты клапанных механизмов для вторичного рынка. Она вышла на рынок шатунов в начале 90-х годов со своей линией Sportsman из кованой стали для Chevy и Ford, а затем Pontiac в начале 2000-х.

«Мы хотели предоставить любителям высококачественный шатун из кованой стали, который можно было бы использовать практически для любого типа ремонта по доступной цене», — говорит Керри Новак, специалист по продажам Crower. ассоциировать.

Удилища Crower’s Big Block Sportsman американского производства и изготовлены из сплава стали 4340, подвергнутого термообработке в соответствии с запатентованными спецификациями Crower. Уникальная поковка в виде двутавровой балки, оснащенная 716-дюймовыми винтами с головкой под ключ серии ARP 8740, чрезвычайно прочна. «Мы видели, как наши шатуны Big Block Sportsman используются в двигателях Pontiac мощностью до 1 000 л.

Удилище Crower’s Pontiac Big Block Sportsman весит около 850 граммов и доступно в конструкции с запрессованным штифтом или с бронзовой втулкой для плавающих штифтов.Розничная стоимость составляет менее 800 долларов за комплект. В дополнение к своему предложению для Pontiac, Crower также предлагает удилище Big Block Sportsman в широком диапазоне размеров для тех, кому нужны стандартные или более длинные удилища в сочетании с размерами шатунов Pontiac или Chevy для специализированных или ударных применений. Ожидайте найти цены, аналогичные набору Pontiac-spec.

Коленчатые валы SCAT в Редондо-Бич, Калифорния, производят шатуны из кованой стали с 1972 года. По словам президента SCAT Тома Либа, его компания вышла на рынок шатунов Pontiac в 2006 году, когда представила H-образную балку для Pontiac.«Мы хотели предоставить производителям двигателей Pontiac высококачественный шатун для всех областей применения, и наша двутавровая балка Pro Sport, разработанная для Pontiac, была очень популярна для нас».

Изготовленная из высокопрочной хромомолибденовой стали двутавровая балка SCAT Pro Sport представляет собой двухкомпонентную поковку, которая производится в Китае под контролем SCAT с использованием производственного процесса, направленного на максимальную прочность и стабильность. Затем поковки импортируются на предприятие SCAT в Калифорнии, где они проходят чистовую обработку, хонингование и балансировку, а также устанавливаются винты с головкой ARP.В результате получается высококачественный шатун со стандартными размерами Pontiac, доступный в конструкции с запрессованным штифтом или с бронзовой втулкой для плавающих штифтов.

«Мы выбрали конструкцию с двутавровой балкой, потому что это самый прочный шатун, который мы предлагаем сегодня», — добавляет Либ. «Наш стандартный стержень Pontiac весит около 840 граммов и включает в себя винты с головкой ARP серии 8740 диаметром 716 дюймов. Полный комплект продается по цене 555 долларов США. Мы считаем, что переход на винты с головкой ARP серии 2000 является ценным вложением.Это увеличивает стоимость чуть более чем на 100 долларов, но с креплениями серии 2000 мы считаем, что наша двутавровая балка может выдержать столько лошадиных сил, сколько могут произвести лучшие производители двигателей Pontiac». SCAT также предлагает различные шатуны Pro Sport с различными размерами больших блоков Chevy для любителей, использующих коленчатые валы вторичного рынка. «Наши 6,7- и 6,8-дюймовые шатуны с 2,2-дюймовыми шейками коленчатого вала очень популярны среди тех, кто занимается сборкой ударных двигателей. Они продаются по той же цене, что и наши модели Pontiac, но доступны только с отверстием под палец с втулкой.

Расположенная в Ирвине, штат Калифорния, компания CP-Carrillo поставляет шатуны и поршни премиум-класса гонщикам по всему миру. «Так же, как когда Фред Каррильо производил свои первые шатуны в 60-х годах, мы стремимся предоставлять шатуны премиум-класса для гоночного сообщества. , — говорит менеджер по работе с клиентами Ричард Бэтчелор. — Мы считаем, что наши удилища — одни из самых прочных на рынке». -обработан для максимальной прочности.«Мы специально выбрали сплав 4330, потому что он немного более пластичен, чем другие распространенные сплавы, и будет поглощать большую ударную нагрузку и лучше сопротивляться разрушению. Наш процесс ковки обеспечивает надлежащий поток зерна шатуна для повышения общей прочности. Весь стержень полностью обработан. для дальнейшего повышения прочности», — добавляет он.

H-образная балка серии Pro-H — это самое долговечное предложение CP-Carrillo. При весе около 830 граммов он оснащен запатентованным 716-дюймовым колпачковым винтом из инструментальной стали H-11, в котором используется запатентованная асимметричная конструкция резьбы.В типичном Pontiac от 455 до 468 дюймов Батчелор оценивает стандартную тягу Pro-H до 1000 л.с. и 8500 об/мин. «Модернизация нашего болта с головкой Multiphase добавляет 600 долларов США и может увеличить его до 1300 л. с. и 9500 об/мин. Мы можем разработать специальный шток для приложений, производящих 2000 л.с. и значительно больше.

«Мы по-прежнему предлагаем штоки серии Pontiac Pro-H на на основе индивидуального заказа, но поскольку NRHA одобрило 6,635-дюймовые шатуны Chevy с большими блоками и 2,2-дюймовыми шатунными шейками для Pontiac, мы храним и обычно продаем этот размер гонщикам класса Pontiac.В стандартном исполнении они имеют бронзовую втулку для плавающих пальцев, но мы можем изготовить штифт с прессовой посадкой по индивидуальному заказу».

CP-Carrillo также предлагает широкий выбор шатунов Pro-H популярных размеров. «Мы можем изготовить практически любой требуемый размер по индивидуальному заказу менее чем за 6 недель. При цене 2300 долларов за стандартный комплект мы считаем, что наши удилища — отличная инвестиция. Гонщики могут сделать разовую покупку шатунов, которые достаточно прочны, чтобы выдерживать увеличение мощности каждый год, не вызывая беспокойства по поводу выхода из строя. »

Oliver Connecting Rods в Гранд-Рапидс, штат Мичиган, производит шатуны премиум-класса с 1982 года. и/или приложений с очень высокими оборотами. Они чрезвычайно долговечны; нередко их используют в течение нескольких сезонов».

Шатуны Oliver имеют запатентованную форму «параболической балки». «Наша двутавровая балка уникальной формы дает нам самое высокое отношение прочности к весу среди всех типов шатунов, представленных на рынке. сегодня», — объясняет Болдуин.«Они изготовлены на станке с ЧПУ из заготовки авиационной стали E4340 американского производства, и у нас есть запатентованный процесс термообработки, включающий тройной отпуск, который устраняет внутренние напряжения в стали. Это приводит к исключительным антиусталостным свойствам. .»

Удилища Pontiac можно заказать по индивидуальному заказу. «Мы обнаружили, что большинство гонщиков Pontiac, соревнующихся на высшем уровне, используют шатуны размером 6,6 дюйма или больше с шатунными шейками от 2,1 до 2,2 дюйма. У нас есть множество удилищ серии Big-Block, доступных для немедленной доставки, и продаем Jobber менее чем за 1300 долларов за комплект. Мы можем производить удилища для Pontiac менее чем за восемь недель по аналогичной цене. И мы можем разместить практически любую нестандартную длину за то же время менее чем за 1800 долларов.

«Наша стандартная 6,8-дюймовая тяга серии Big-Block весит около 820 граммов и включает болты ARP или A-1. Она идеально подходит для двигателей мощностью 1800 л. грамм больше.Идеально подходит для двигателей с наддувом мощностью 2000-3000 л.с. Наша новая серия Super Max рассчитана на мощность до 4000 л.с.».

GRP Connect Rods в Денвере, штат Колорадо, производит алюминиевые шатуны премиум-класса уже более 18 лет.

«Мы поставляем высококачественные шатуны из одни из самых быстрых гоночных двигателей в мире, — говорит генеральный директор Брайан Сколлон. — Наши шатуны, предназначенные только для соревнований, изготовлены из специального прутка из алюминиевого сплава. Они имеют радиальные зубцы или обработанные канавки между корпусом стержня и крышкой, которые служат для точного определения их местоположения. 716-дюймовые болты ARP серии 2000 используются для максимального удержания крышки».

В настоящее время алюминиевый стержень Pontiac недоступен в GRP. «Наша специализация — нестандартная длина, — говорит Сколлон. Размер журнала, который мы предлагаем для Pontiac, составляет 2,2 дюйма. Типичное 6,8-дюймовое удилище Big Block, которое любители Pontiac использовали бы в строкере, весит 640 граммов, что примерно на 200 граммов меньше, чем типичное удилище из кованой стали.Мы можем сделать их легче или тяжелее в зависимости от области применения, и, как правило, примерно через две недели мы можем изготовить их по индивидуальному заказу.

GRP производит шатуны для двигателей Top-Fuel мощностью 9000 л.с., но они, очевидно, не вписываются в традиционный блок Pontiac. «Мы создаем наши шатуны для предполагаемого диапазона мощности. Для Pontiac ограничение будет составлять до 1200 лошадиных сил без наддува и около 1800 лошадиных сил с закисью азота, с пределом оборотов 8500 в любом случае. Блочные стержни продаются в розницу примерно за 1200 долларов.»

Поскольку алюминий весит меньше, чем сталь, алюминиевый стержень можно сделать намного более массивным без чрезмерного веса, в результате чего стержень будет более прочным, чем стальной, при заданном весе. со временем затвердевают, что в конечном итоге вызывает усталость и, возможно, растрескивание и выход из строя.Периодическое техническое обслуживание может помочь предотвратить это.Это включает в себя тщательный осмотр во время планового демонтажа и даже замену их всех вместе.

Сколлон добавляет: «Обычный срок службы алюминиевого стержня зависит от области применения и варьируется от 50 проходов в экстремальных условиях мощностью 2000 л.с. до нескольких сотен проходов в более мягких условиях. круглые большие и маленькие концы, а также измерение растяжения стержня и болта. Это поможет определить, сколько нарушений они видели и требуется ли замена ».

Деформационное поведение заготовки шатуна из порошковой металлургии при горячей штамповке на основе горячего сжатия и моделирования методом конечных элементов

Экспериментальные кривые истинного напряжения-деформации сплава P/M Fe-Cu-C при различных температурах и различной скорости окрашивания, полученные в результате испытания на горячее сжатие, представлены на рисунке 2, что указывает на то, что P/M Fe-Cu-C сплав очень чувствителен к температуре деформации и скорости деформации.Уровень напряжения течения сильно снижается с повышением температуры при той же скорости деформации.

Кривые деформации для сплава П/М Fe-Cu-C при различных температурах и различных скоростях окрашивания: ( a ) 1423 K (1150 °C), ( b ) 1393 K (1120°C), ( c ) 1363 K (1090°C) и ( d ) 1333 K (1060°C)

Как известно, более высокая температура может улучшить подвижность границы зерен для зарождения и роста зерен, что приводит к снижению уровня напряжения течения. Более того, уровень напряжения течения значительно возрастает с увеличением скорости деформации при той же температуре (рис. 2). Более низкая скорость деформации может обеспечить более длительное время накопления энергии активации.

Для низких и высоких уровней напряжения с обеих сторон σ и \( \dot{\varepsilon }; \) берется натуральный логарифм, затем соответствующее значение ln σ и ln \( \dot{ \varepsilon } \) и графики ln σ ~ ln \( \dot{\varepsilon } \) и линии σ ~ ln \( \dot{\varepsilon }.\) Средние значения уклонов используются для получения значений n и β , которые составляют 7,86629 и 0,078 МПа ⁻¹ соответственно. Следовательно, α  =  β / n  = 0,01 МПа ⁻¹ .

На рис. 3 представлена ​​зависимость ln[sinh( ασ )] от 1/ T и взаимосвязь между ln[sinh( ασ )] и ln. Средние значения наклона двух линий, ln ~ ln[sinh( ασ )] и ln[sinh( ασ )] ~ 1/ T , дают значения n и K , которые равны 5. 99 и 3,78 соответственно.

Отношения ( a ) ln[sinh( ασ )] и 1/ T и ( b ) ln \( \dot{\varepsilon } \) и ln[) ( ασ )]

Наконец, Q сплава P/M Fe-Cu-C при горячем сжатии рассчитывается как 188,42 кДж/моль согласно уравнению. [6].

Обычно Z , в уравнении [7], можно использовать для характеристики совместного влияния скорости деформации и температуры на процесс деформирования, в частности, на сопротивление деформации.[21]

$$ \ln Z = \ln \dot{\varepsilon } + Q/(RT). $$

(7)

Линейная зависимость между ln Z и ln[sinh( ασ )] представлена ​​на рисунке 4 вместе с линиями линейной регрессии. Для сплавов П/М Fe-Cu-C более точные значения n и ln A определяются как 5,93 и 17,73 соответственно.

Рис. 4

Связь ln Z и ln[sinh( ασ )]

Следовательно, в условиях деформации в диапазоне температур от 1333 К до 1423 К (от 1060 °C до 1150 °C) определяющее уравнение сплава P/M Fe-Cu-C с относительной плотностью 0.{5,93} \exp [ — 188 420/(8,314T)]. $$

(8)

Чтобы проверить точность предсказания разработанных составных сплавов P/M Fe-Cu-C, сравнение между экспериментальными результатами и предсказанными напряжениями из разработанного определяющего уравнения (уравнение [8]) показано в Таблице III. Значения показывают высокую точность. А именно, напряжение течения исследуемых сплавов при горячей деформации при широкой скорости деформации (от 5 до 19,2 с ^-1 ) можно точно предсказать по уравнению.[8].

Карты обработки

На рис. 5 представлены построенные карты обработки сплавов Fe-Cu-C при горячем сжатии в диапазоне температур от 1333 К до 1423 К (от 1060 °С до 1150 °С) и скоростей деформации от 5 до 11,5 с. ^-1 с штаммами 0,1, 0,2, 0,4 и 0,5. Диагональная область представляет области неустойчивости. С увеличением деформации, как показано на рисунках 5(a)–(d), область нестабильности значительно увеличивается, особенно при высокой температуре, как показано на рисунке 5(d).Это можно объяснить тем, что при горячей деформации при больших деформациях могут возникать клиновидные трещины и поры. Более того, с увеличением деформации пиковая эффективность рассеивания мощности снижается, как показано на рисунке 5, а это означает, что сплавы труднее деформировать в горячем состоянии, чем сплавы при малой деформации. Для деформации 0,4 оптимальные параметры горячей обработки для сплава П/М Fe-Cu-C находятся при температуре деформации в диапазоне от 1333 К до 1380 К (от 1060°С до 1107°С) и при более низкой скорости деформации, чем 5 с ⁻¹ . Однако при деформации 0,6 они находятся в диапазоне температур от 1333 К до 1370 К (от 1060°С до 1097°С) и при более низкой скорости деформации, чем 5 с ^-1 .

Карты обработки П/М сплавов Fe-Cu-C при горячем сжатии при различных деформациях: ( a ) 0,1, ( b ) 0,2, ( c ) 0,4 и ( д ) 0,5

В соответствии с картой обработки на рисунке 5 отчетливо видны устойчивый и неустойчивый режимы деформации.Однако в процессе горячей штамповки поведение металла заготовки изменяется сложным образом. Необходимо получить деформационное поведение заготовки шатуна из сплава P/M Fe-Cu-C в процессе горячей штамповки по результатам моделирования МКЭ.

Результаты моделирования методом конечных элементов

Разработанное определяющее уравнение, ур. [8], могут быть использованы для анализа и моделирования деформационного поведения материалов в процессе горячей обработки давлением в МКЭ. Для горячей штамповки сплава П/М Fe-Cu-C с относительной плотностью 0.8 в закрытом штампе со скоростью ковки 250 мм/с, начальной температурой заготовки 1373 К (1100 °С) и температурой предварительно нагретой модели 573 К (300 °С), все 3-D-МКЭ заготовок шатунов эффективно генерируются. Теплопроводность и энергия активации сплава П/М Fe-Cu-C составляют 5,8 Вт/м·К [22] и 188,42 кДж/моль соответственно. Чтобы уменьшить окисление сплава и трение между заготовкой и штампами в процессе ковки, на поверхность заготовки наносят смазку.Поэтому был выбран коэффициент трения 0,4.

Относительная плотность, температура, эффективная деформация и изменения эффективного напряжения в заготовке шатуна в разное время показаны на рис. 6. Для изучения различных областей шатуна были выбраны некоторые репрезентативные точки: P1, P2 и P3. — точки на поверхности положения на большом конце, P4 — точки на поверхности положения на хвостовике, а P5 и P6 — точки на поверхности положения на маленьком конце.На рисунке 6(а) показано распределение относительной плотности заготовки шатуна во время горячей штамповки. Видно, что относительная плотность резко возрастает на хвостовике (Р4) и на маленьком конце (Р5), а конечные относительные плотности могут достигать 1,0. Как известно, начальная температура заготовок и температура предварительного нагрева штампов играют решающую роль в термических профилях материалов. В процессе горячей штамповки потери тепла между шатуном и формами выражены; температура материала во всех областях снижается с увеличением времени ковки, как показано на рисунке 6(b).Температура большинства деталей шатуна выше 1233 К (960 °С). Однако скорость охлаждения на хвостовике шатуна, таком как P4, снижалась медленнее, чем у большого конца (P2) и малого конца (P6). Это можно объяснить балансом между теплом, выделяемым при пластической деформации, и потерями тепла за счет теплопроводности, конвекции и излучения.

( a ) Относительная плотность, ( b ) температура, ( c ) эффективная деформация и ( d ) распределение эффективного напряжения при различном времени ковки

На рисунках 6(c) и (d) показаны изменения распределения эффективного напряжения и эффективной деформации в типичных точках при разном времени ковки. Кривые эффективного напряжения и эффективной деформации на разных участках поковки сначала медленно возрастали, а затем резко возрастали. Кроме того, результаты показывают, что чем больше деформация, тем больше эффективное напряжение и эффективная деформация, , т.е. , P4.

На основании карты обработки и результатов МКЭ-моделирования оптимальные параметры обработки для достижения полной плотности шатуна получены следующие: скорость штамповки 250 мм/с, температура горячей штамповки 1373 К (1100° С), а начальная температура деформации большинства деталей выше 1233 К (960 °С) в течение всего процесса ковки.Сплав Fe-Cu-C P/M, соединяющий заготовку стержня, также был выкован в тех же условиях, как показано на рисунке 7(a). Это свидетельствует о том, что результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными.

Шатун P/M из сплава Fe-Cu-C, выкованный при 1373 K (1100 °C)

Однако, если параметры процесса не контролируются должным образом, конструкция горячей штамповки шатуна выйдет из строя. Для процесса горячей штамповки заготовок шатунов со скоростью штамповки 230 мм/с коэффициент трения 0.4 м, начальная температура заготовки 1273 К (1000°С) и температура предварительно прогретой модели 473 К (200°С), качество кованого шатуна очень низкое. Когда процесс ковки внезапно останавливается при времени ковки 0,018 секунды, повреждение возникает в точке P4, как показано на рисунке 7 (точка A) и рисунке 8 (P4). Имеется большая деформация в центральной части шатуна, , т.е. , относительно высокая деформация (рис. 8(b)) и высокий уровень напряжения (рис. 8(c)), по сравнению с другими положениями, такими как P3 и P5 на рисунке 8(b).

Кроме того, относительная плотность горячештампованного шатуна на большом конце, как показано на Рисунке 7 (точка B) и Рисунке 8 (P2), относительно низкая по сравнению с плотностью P1 из-за недостаточной деформации.

( a ) Относительная плотность, ( b ) эффективная деформация и ( c ) распределение эффективного напряжения при различном времени ковки

Эта работа дает представление об управлении параметрами обработки порошковой штамповки шатуна. Кроме того, геометрический размер преформы также играет решающую роль в величине относительной плотности и должен быть дополнительно изучен.

Отзыв стержня ECI: где ошибки?

Действительно ли стоит тратить время и деньги на то, чтобы вскрыть отлично работающий двигатель через 1500 часов на случай, если у него может быть дефект шатуна? На этот вопрос FAA пытается ответить в недавно предложенной директиве по летной годности, которая потребует замены от 1100 до 1200 компонентов двигателя, Inc.шатуны двигателей Lycoming серий O-360 и O-540. Но ECI оспаривает заявление FAA и особенно техническую работу, поддерживающую NPRM, и жалуется на то, что агентство отказалось сделать свои испытания шатунов доступными для общественности и для ECI. (Компания подала запрос в соответствии с Законом о свободе информации для получения тестовых данных.)

Единичный отказ
NPRM возник из-за отказа шатуна Lycoming O-360 в Cessna 172 в октябре 2003 года.Послеаварийная проверка, проведенная FAA и Penn Yan Aero, которые ремонтировали двигатель для одной из его переделок мощностью 180 л. с., показала, что шатун вышел из строя из-за масляного голодания и последующего разрушения подшипника. Однако проблема заключается в механизме масляного голодания. FAA утверждает, что это произошло из-за некачественной обработки ECI внутри отверстия большой головки шатуна и что поверхность за вкладышем подшипника имела зубчатую или танковую дорожку. рисунок, который переносится на сам подшипник. FAA считает, что это вызвало локальные выступы между вкладышем подшипника и поверхностью шатунной шейки, которые исключили масляную пленку между подшипником и шейкой, что привело к отказу.

В подтверждение этого заявления FAA опиралось на результаты измерений круглости и качества поверхности стержней ECI, проведенных на встрече на заводе Lycomings Williamsport в декабре 2003 г., и на собственные испытания Sandia National Labs, результаты которых не были обнародованы. к ЭКИ. Хотя представители ECI присутствовали на собрании Lycoming, им не разрешили присутствовать на тестовых измерениях. В документации NPRM FAA утверждает, что отверстия шатунов были некруглыми и что фестончатая поверхность способствовала отказу в октябре 2003 года. Основанием для этого утверждения является объективное государственное тестирование в соответствии с документацией в реестре NPRM, предположительно тестирование Sandia.

Хотя компания ECI впоследствии внесла изменения в чертежи, связанные с определением округлости после отказа, ECI Эд Салмерон сообщил нам, что компания оспаривает утверждения FAA о том, что гребешок внутри отверстия штока вызвал отказ. Хотя ECI согласна с тем, что масляное голодание привело к разрушению подшипника, она не согласна с тем, что фестончатость или волнистость имеют к этому какое-либо отношение.

Во-первых, оригинальные спецификации Lycoming для штока не содержат стандартов для обработки поверхности, связанной с фестонами, а во-вторых, триметаллический вкладыш подшипника имеет накладку от 0,0004 до 0,0008 дюйма, специально разработанную для поглощения незначительных неровностей между подшипником и Журнал. Толщина наложения не меньше глубины волнистости. И ECI, и Penn Yan считают, что масляное голодание произошло не из-за волнистости стержней, а из-за засорения камбуза.

Компания ECI провела собственные испытания, установив исправные шатуны от вышедшего из строя двигателя в O-360, который затем работал на высокой мощности в течение 50 часов. Согласно предоставленному нам отчету об испытаниях ECI, признаков надвигающегося отказа обнаружено не было. Тем не менее, FAA считает, что краткосрочные испытания недостаточны для выявления масляного голодания, вызванного плохой обработкой поверхности крышки штока за вкладышем подшипника.

Предлагаемый AD
FAA 5 октября 2005 г. NPRM потребует замены шатунов ECI AEL 11750 с серийными номерами 54/6 или ниже до достижения 1500 часов эксплуатации или в течение 50 часов после начала действия AD, если двигатель уже имеет 1500 и более часов.

NPRM ошибочно говорит, что 2800 двигателей Lycoming будут затронуты, но ECI говорит, что на самом деле это от 1100 до 1200 шатунов или от 200 до 300 двигателей, в зависимости от того, сколько четырехцилиндровых и сколько шестицилиндровых двигателей. По оценкам FAA, затраты владельцев составляют около 1988 долларов на каждого.

Когда мы связались с инженером FAA Питером Хакала, который курирует NPRM, он только что унаследовал файл от другого инженера и не смог объяснить, почему данные испытаний Sandia не были предоставлены ECI. Во время прессы представитель FAA сообщил нам, что Сандиа не опубликовала отчет; результаты испытаний были устно переданы в ECI.Хакала также сказал, что обсуждалось изменение формулировки AD с требованием замены штока при капитальном ремонте двигателя, а не через 1500 часов. Но это изменение формулировки далеко не окончательное, сказали они.

Дополнительные вопросы
Когда мы обратились в моторные мастерские, знакомые с характером износа шатунов, мы узнали о некоторых тревожных несоответствиях в предлагаемом AD. Три магазина — Penn Yan Aero, Zephyr Engines и Central Cylinder — сказали нам, что рисунок гусеницы появляется не только у стержней ECI, но и у Lycoming и Continental.Фотографии были предоставлены ECI с заводского штока Lycoming, снятого с двигателя в магазине Central Cylinder в Омахе, штат Небраска. Central Cylinders Джордж Чарнецки сказал нам, что у штока Lycoming были такие же гребни, какие я не видел.

Возникают очевидные вопросы по поводу ECI AD. Если AD основан на фестонах, то почему бы и удилища Lycoming не включить в AD? Мы отправили фотографию по электронной почте в FAA и Lycoming, имея в виду этот вопрос.

Генеральный менеджер Lycoming Ян Уолш подтвердил, что на фотографии изображена деталь Lycoming, однако он также отметил, что она была переработана в полевых условиях и оснащена подшипниками Superior Air Parts.(Другие фотографии подтвердили это.) Уолш сказал нам, что Lycoming не занимает никакой позиции по предложенному ECI AD.

FAA не ответило на наш запрос о фотографии, но наблюдение Уолша вызывает еще больше вопросов. В то время как другие мастерские часто видят этот рисунок в шатунах, снятых для капитального ремонта, Уолш сказал, что Lycoming не видел его в шатунах, которые они сняли с двигателей. Если это так, то появляются ли фестоны только в шатунах, оснащенных подшипниками, отличными от Lycoming? Или только в удилищах, которые были восстановлены в полевых условиях?

И если эта закономерность так распространена, как указывают полевые магазины, и, как утверждает FAA, является предвестником отказа стержня, почему мы не видели более одного отказа? Центральные цилиндры Джордж Чарнецки и Zephyr Engines Чарли Мелот сказали нам, что отсутствие отказов шатунов просто потому, что рисунок протектора бака является признаком доброкачественного износа. В течение многих лет мастерские просто точили большую головку шатуна и устанавливали подшипники увеличенного размера — метод, описанный и одобренный в сервисном бюллетене Lycoming 439A. Чарнецкий называет идею определения летной годности шатуна с помощью лабораторных приборов для измерения качества поверхности крышки шатуна нелепой и недоступной для ремонтных мастерских.

Он отмечает, что полевые мастерские использовали процедуры хонингования в течение многих лет без каких-либо признаков отказов из-за волнистости крышек подшипников. Никто не знает, был ли неисправный стержень просто наихудшим случаем аномалии или что-то другое вызвало масляное голодание.

Заключение
Мы считаем, что во избежание потенциально ненужного расщепления корпуса и замены штока, владельцы должны связаться со своими ремонтными мастерскими, чтобы определить, использовались ли рассматриваемые штоки ECI. Затем владельцы и магазины должны просмотреть и прокомментировать досье, которое ECI разместила на своем веб-сайте www.