Método y equipo de mandril dividido modificado para mejorar el rendimiento a fatiga de componentes estructurales con agujeros para sujetadores
Autores: Maximov, Jordan; Duncheva, Galya; Anchev, Angel; Dunchev, Vladimir; Daskalova, Petya
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Agujeros de fijación
Daño por fatiga
Tensiones residuales de compresión circunferencial
Manguito partido
Mandril partido
Vida útil por fatiga
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
Los agujeros para sujetadores son uno de los concentradores de tensión natural más comunes en estructuras metálicas. Los ciclos de vida de varios elementos estructurales, como los de estructuras de aeronaves, automóviles y uniones de pernos en los extremos de rieles, están limitados por el daño por fatiga alrededor de los agujeros. Un enfoque efectivo para retrasar la formación y el crecimiento de macrofisuras por fatiga es introducir tensiones residuales de compresión circunferencial alrededor de los agujeros. Dos métodos se han establecido en el pretensado de agujeros para sujetadores en componentes de aeronaves: el manguito dividido y el mandril dividido, que implementan procesos unilaterales. La desventaja común de ambos métodos es el procedimiento complejo debido a la necesidad de alta precisión en los agujeros iniciales. Este artículo presenta un nuevo método modificado de mandril dividido que proporciona la misma estrechez (ajuste por interferencia) con una amplia tolerancia de los diámetros de los agujeros pre-perforados, reduciendo el número de pasos del ciclo tecnológico y los costos de producción. Para implementar el nuevo método, se desarrolló una herramienta funcionalmente conectada y un dispositivo con un accionamiento hidráulico. Se llevó a cabo un extenso estudio experimental de especímenes de 2024-T3 AA para evaluar la efectividad del método bajo una alta dispersión de los agujeros pre-perforados. El nuevo método proporcionó una zona profunda de tensiones residuales de compresión circunferencial en ambas caras de los especímenes después del trabajo en frío y tras el reamado final del agujero. La eliminación de una capa deformada plásticamente alrededor del agujero de un grosor adecuado durante el reamado final disminuyó el gradiente axial de la distribución de tensiones residuales circunferenciales. Las pruebas de fatiga en un ciclo de tensión pulsante verificaron la efectividad del método modificado de mandril dividido para aumentar significativamente la vida útil por fatiga en 6.6 veces, basado en la resistencia a la fatiga de 106 ciclos en comparación con el caso convencional de mecanizado de los agujeros. Las curvas S-N obtenidas para tres grupos de muestras con diámetros iniciales de agujero de 8.0, 8.1 y 8.2 mm, que fueron trabajadas en frío con la misma estrechez de 0.32 mm y reamadas finalmente, se alinearon bien, indicando que el nuevo método puede proporcionar una resistencia a la fatiga constante para una determinada amplitud de tensión.
Descripción
Los agujeros para sujetadores son uno de los concentradores de tensión natural más comunes en estructuras metálicas. Los ciclos de vida de varios elementos estructurales, como los de estructuras de aeronaves, automóviles y uniones de pernos en los extremos de rieles, están limitados por el daño por fatiga alrededor de los agujeros. Un enfoque efectivo para retrasar la formación y el crecimiento de macrofisuras por fatiga es introducir tensiones residuales de compresión circunferencial alrededor de los agujeros. Dos métodos se han establecido en el pretensado de agujeros para sujetadores en componentes de aeronaves: el manguito dividido y el mandril dividido, que implementan procesos unilaterales. La desventaja común de ambos métodos es el procedimiento complejo debido a la necesidad de alta precisión en los agujeros iniciales. Este artículo presenta un nuevo método modificado de mandril dividido que proporciona la misma estrechez (ajuste por interferencia) con una amplia tolerancia de los diámetros de los agujeros pre-perforados, reduciendo el número de pasos del ciclo tecnológico y los costos de producción. Para implementar el nuevo método, se desarrolló una herramienta funcionalmente conectada y un dispositivo con un accionamiento hidráulico. Se llevó a cabo un extenso estudio experimental de especímenes de 2024-T3 AA para evaluar la efectividad del método bajo una alta dispersión de los agujeros pre-perforados. El nuevo método proporcionó una zona profunda de tensiones residuales de compresión circunferencial en ambas caras de los especímenes después del trabajo en frío y tras el reamado final del agujero. La eliminación de una capa deformada plásticamente alrededor del agujero de un grosor adecuado durante el reamado final disminuyó el gradiente axial de la distribución de tensiones residuales circunferenciales. Las pruebas de fatiga en un ciclo de tensión pulsante verificaron la efectividad del método modificado de mandril dividido para aumentar significativamente la vida útil por fatiga en 6.6 veces, basado en la resistencia a la fatiga de 106 ciclos en comparación con el caso convencional de mecanizado de los agujeros. Las curvas S-N obtenidas para tres grupos de muestras con diámetros iniciales de agujero de 8.0, 8.1 y 8.2 mm, que fueron trabajadas en frío con la misma estrechez de 0.32 mm y reamadas finalmente, se alinearon bien, indicando que el nuevo método puede proporcionar una resistencia a la fatiga constante para una determinada amplitud de tensión.