techniques d'analyse et de prévention des défaillances de ressorts

Printemps Le ressort est un élément indispensable des machines générales, jouant un rôle dans l'amortissement, le stockage d'énergie, la commande automatique, le retour au point de départ, la sécurité, etc. Il arrive fréquemment que le ressort se rompe pour diverses raisons lors de son utilisation, entraînant une panne mécanique. Il est donc nécessaire d'examiner les causes de ces ruptures et les mesures préventives à prendre.

Les principaux facteurs de défaillance des ressorts sont les défauts de matériaux, les défauts de traitement et de fabrication, un traitement thermique ou de surface inadéquat, ainsi que les facteurs liés à l'environnement de travail. Les défauts de surface des ressorts, tels que les marques de choc, l'usure par frottement et les piqûres, sont responsables de la plus grande part des défaillances, soit 50 %. Les fissures représentent 20 % des défaillances ; les inclusions et la porosité, 13 % ; et la décarbonatation, le traitement thermique et le renforcement de surface, environ 3 % chacun.

La rupture d'un ressort peut être due à une seule cause ou à la combinaison de plusieurs. Par conséquent, l'analyse de la rupture d'un ressort doit d'abord étudier et analyser le phénomène de rupture observé, déterminer son mode de défaillance, puis identifier les causes de cette défaillance afin de proposer des solutions.

Rupture du ressort due aux matières premières du ressort :

(1) En raison des différentes méthodes de fusion de l'acier, la présence d'inclusions de tailles variables peut entraîner une rupture prématurée par fatigue du ressort. Des inclusions excessives ou de grande taille, ainsi qu'une faible uniformité, affectent les propriétés mécaniques du matériau et favorisent une rupture prématurée par fatigue. Exemple : Un ressort de barre de torsion utilisé pour la suspension d'un véhicule s'est cassé dès la sortie de l'entrepôt d'une voiture neuve. L'analyse a révélé que la rupture était due à une inclusion grossière et fragile située sous la surface du ressort.

Mesures préventives:

Le matériau du ressort doit présenter une excellente qualité de traitement à l'or, notamment un contrôle rigoureux de sa composition chimique, une pureté élevée et une faible teneur en inclusions. Il doit également garantir l'uniformité et la stabilité de sa composition et de son organisation. Afin de réduire les gaz nocifs et les impuretés présents dans l'acier et d'améliorer sa pureté, des techniques d'affinage telles que l'affinage sous vide et la refusion sous laitier électroconducteur doivent être mises en œuvre.

(2) Défauts pouvant être causés par le processus de laminage : retrait résiduel du tube et fissures centrales ; défaut de pliage ; défauts linéaires, rayures ;

Piqûres de corrosion superficielle : surbrûlure, surface en peau d’orange, piqûres de chanvre ; celles-ci peuvent entraîner la rupture du ressort.

Mesures préventives:

Les aciéries doivent s'efforcer d'éviter et d'éliminer les défauts générés lors du processus de laminage ; les usines de ressorts doivent renforcer le contrôle qualité des matières premières utilisées pour la fabrication des ressorts et privilégier l'utilisation de matériaux de bonne qualité de surface.

Rupture du ressort due au processus de fabrication :

Des défauts de surface peuvent apparaître sur les ressorts hélicoïdaux formés à froid en raison d'un équipement défectueux ou d'un réglage incorrect lors de leur fabrication. Ressort hélicoïdalà.

Par exemple, lors de la découpe d'un ressort par une machine à enrouler automatique, le couteau de coupe peut endommager la surface intérieure du fil d'acier près de l'anneau du ressort. La durée de vie du ressort est alors fortement réduite, car sa surface présente des défauts d'aspect peau d'orange dus à la température élevée du formage à chaud.

Ou encore, lors du formage à chaud, si la température de chauffage est trop basse, la plasticité de l'acier est insuffisante et la contrainte superficielle du ressort dépasse la limite de résistance du matériau pendant le processus de formage à chaud, des fissures apparaissent.

Mesures préventives:

Lors du processus de fabrication, il est également nécessaire de renforcer le contrôle qualité de la surface du ressort afin d'éviter autant que possible les défauts de surface.

Rupture du ressort due à des défauts du processus de traitement thermique :

La répartition inégale de la température en surface et au centre du ressort lors du chauffage ou du refroidissement provoquera des contraintes thermiques, et le processus de changement de phase provoquera des contraintes organisationnelles, dont la valeur totale dépasse la limite de résistance du matériau, entraînant une fissuration.

Ce défaut est plus fréquent sur les ressorts de grande taille trempés à l'eau ; la fissure est irréparable et la pièce doit être mise au rebut. Par ailleurs, les défauts des matières premières, tels que les retassures résiduelles dans l'acier, les points blancs, les marques d'outillage pour l'usinage à froid, les rayures et les plis dus à l'étirage à froid et au laminage à chaud, provoquent des concentrations de contraintes et des fissures lors de la trempe.

Un ressort de l'entreprise, en raison de la surface initiale d'une fissure de pliage courte et peu profonde, lors du traitement thermique de trempe, la fissure s'est étendue radialement jusqu'à 3,9 mm, en fatigue testElle s'est d'abord dilatée jusqu'à atteindre une taille critique, provoquant la rupture instantanée du ressort. Une structure anormale due à un traitement thermique inadéquat, comme une martensite trempée grossière ;

Ferrite préeutectoïde ou ferrite libre ; ségrégation des carbures ; déformation du ressort lors du traitement thermique ; l’oxydation et la décarburation de surface entraîneront la rupture du ressort.

Mesures préventives:

Outre le contrôle rigoureux de la température de chauffage et du temps de maintien, il est essentiel de maîtriser l'atmosphère du four et d'analyser régulièrement la composition du gaz de chauffage afin de garantir un apport de chaleur optimal. Pour limiter les déformations et éviter les fissures de trempe, les ressorts thermoformés, même de grande taille, sont refroidis à l'huile.