تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

تحلیل عوامل مؤثر بر نرخ تولید و توان مصرفی در فرآیند برش سیم برای ساچمه‌زنی فنرهای استفاده شده در خودرو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
2 مرکز علم و فناوری فنر ایران، شرکت دانش‌بنیان فنرلول ایران، تهران، ایران
چکیده
ویژگی‌های ذرات ساچمه‌زنی در فرآیند ساچمه‌زنی، از طریق ایجاد تنش‌های فشاری پسماند و سخت‌کاری سطحی نقش حیاتی در بهبود عمر خستگی و دوام فنرهای مورد استفاده در موتور بویژه فنرهای دریچه‌ ایفا می‌کند. استفاده از برش سیم برای ساخت دانه‌های ساچمه‌زنی به عنوان یک روش تولید سبز در مقایسه با ریخته‌گری ساچمة فولادی، به دانه‌هایی با سختی و عمر بیشتر منجر می‌شود. در این پژوهش با توسعه روش تحلیلی مبتنی بر انطباق زمانی حرکت برشی و تغذیه، تأثیر قطر مفتول، تعداد لبه‌های برنده ابزار و سرعت تغذیه بر هندسه دانه‌ها، نرخ تولید و توان مصرفی تحلیل شد. نتایج تجربی اندازه‌گیری سرعت دورانی موتورهای حرکت برشی و تغذیه، از دستگاه‌های ایرانی و چینی بترتیب با دقت 7.8 تا 9.4 درصد با روش تحلیلی انطباق داشت. مشخص شد که نرخ تولید با مرتبه دوم قطر مفتول رابطه مستقیم داشته و با مفتول 1.1 میلی‌متر تا 85.67 کیلوگرم بر ساعت افزایش یافته است. این درحالی است که توان مصرفی با مرتبة سوم قطر و مرتبه اول استحکام نهایی ماده متناسب است. در برش ذرات ساچمه‌زنی با قطر و استحکام بالا، محدودیت توان دستگاه (5.5 کیلووات) امکان برش هم‌زمان چند خط سیم را محدود می‌کند. یافته‌ها بر اهمیت بهینه‌سازی متغیرهای فرآیند برای دستیابی به تعادل بین نرخ تولید و توان مصرفی تأکید دارند. این مطالعه راهنمایی برای طراحی ماشین‌آلات تولید ساچمه و بهبود فرآیندهای ساچمه‌زنی در صنعت خودروسازی ارائه می‌دهد، همچنین پیشنهاد می‌شود در ادامه تحقیقات آتی بر خودکارسازی و کاهش اثرات زیست‌محیطی فرایند برش سیم متمرکز شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of parameters influencing production rate and power consumption in Cut-Wire process for shot peening of automotive springs

نویسندگان English

Mahdi Gerdooei 1
Javad Alinejad 2
Hossein Jalali 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Iran Spring Science & Technology Center (ISSTC), Iran Fanarlool Company, Tehran, Iran
چکیده English

The characteristics of particles in the shot peening (SP) process play a critical role in enhancing the fatigue life and durability of automotive springs by inducing compressive residual stresses and surface hardening. The cut-wire (CW) method, an environmentally friendly manufacturing approach, produces shot particles with superior hardness and longer lifespans compared to conventional steel casting techniques. This study developed an analytical model based on the temporal synchronization of cutting and feed motions to investigate the effects of wire diameter, number of cutting edges, and feed rate on shot geometry, production rate, and power consumption. Experimental results from Iranian and Chinese machines demonstrated a 7.8% to 9.4% alignment accuracy with the analytical model. The production rate exhibited a quadratic relationship with wire diameter, reaching up to 85.67 kg/h with a 1.1 mm wire, while power consumption scaled with the cube of the diameter and linearly with the material’s ultimate tensile strength. Due to the device’s power limitation (5.5 kW), simultaneous multi-wire cutting was restricted for high-strength, large-diameter wires. These findings highlight the importance of optimizing process parameters to balance production efficiency and energy consumption. The study provides practical guidance for designing shot production machinery and improving shot peening processes in the automotive industry. Future research should focus on automation and further reducing environmental impacts.

کلیدواژه‌ها English

Automotive Springs
Cut-Wire
Shot Particle
Tool Wear
Shot Peening
[1]    Champaigne J. Shot peening overview. Metal Improvement Company. 2001 Jan 18.
[2]    Balan K. Introduction to green manufacturing. The Shot Peener. 2008;22(3):4-6.
[3]    Maleki E, Unal O, Kashyzadeh KR. Effects of conventional, severe, over, and re-shot peening processes on the fatigue behavior of mild carbon steel. Surface and Coatings Technology. 2018 Jun 25;344:62-74. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.02.081
[4]    Kwon JK, Kim MH, Park JH, Jeon JI, Sohn TJ. Reliability evaluation for shot-peening conditions affecting durability life of automotive suspension coil springs. Engineering Failure Analysis. 2024 Jul 1;161:108253. doi: 10.1016/j.engfailanal.2024.108253
[5]    Champaigne J. History of shot peening specifications. Shot Peener. 2006 Apr;20(2):12.
[6]    Nasiri S, Rahimi Asiabaraki H, Razaghi E. The Effect of Multi-size Valve on Improvement of Swirl Flow for Gas-based EF7 Engine. Karafan Journal. 2021 Jan 20;17(4):119-34. doi: 10.48301/kssa.2021.128399 [In Persian]
[7]    Rahmatinejad B, Rahimi Asiabaraki H, Azimpour Shishevan F. Diagnosing Dimensional Defects and Valve Cracks Using Machine Vision and Acoustic Emission. Karafan Journal. 2023 Nov 22;20(3):149-68. doi: 10.48301/kssa.2023.391572.2501 [In Persian]
[8]    Niku-Lari A. Overview on the shot peening process. InAdvances in surface treatments 1987 Jan 1 (pp. 155-170). Pergamon.
[9]    Balan K. Cut wire or cast steel shot–A review. Shot Peener. 2002;14-8.
[10] Taniguchi H, Gowa D. Inducing high residual stress through shot peening with high hardness conditioned cut wire.
[11] Calvo-García E, del Val J, Riveiro A, Valverde-Pérez S, Álvarez D, Román M, Magdalena C, Badaoui A, Pou-Álvarez P, Comesaña R. The influence of shot peening Media on surface properties and fatigue behaviour of aluminium alloy 6082 T6. Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2024 Sep 3;8(5):192.
[12] Zhang M, Wen D, Lv Q, Qiao Y, Wang Y, Gong Z, Ding Y, Kong B, Lv J. Investigation on microstructure and wear properties of 9Cr5Mo roll steel modified by warm shot peening. Materials Today Communications. 2025 Jan 1;42:111301. doi: 10.1016/j.mtcomm.2024.111301
[13] Jae Ki K, Min Hyuk K, Jong Hwi P, Tae Jun S. Assessing corrosion durability life of automotive suspension coil springs post stress shot peening. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers - A. 2024;48(6):383-96. doi: 10.3795/KSME-A.2024.48.6.383
[14] Li Y, Zheng G, Shang X, Zhai M, Zhao S. A novel ultrasonic shot peening method for surface enhancement of fastener holes. Surface and Coatings Technology. 2025 Jan 15;496:131618.

  • تاریخ دریافت 02 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 15 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 09 خرداد 1404