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轴类件出现变形,校直后如何减少探伤的工作量

1.报警参数AE值

校直结束后,过去用磁粉探伤方法检测裂纹。为了提高可信度和生产效率,我们选用自动装置应用AE(ACOUSTICEMISSION)技术,通过检测伴随材质的变形、破损而释放内部应力时发生的AE波,对有、无裂纹进行判断。

但是,针对具体的轴类件,要设定适宜的报警参数(AE值),该门槛设定过高,可能会导致已经产生裂纹的产品蒙混过关,流向客户,隐患无穷。设置过低,会出现过多的无谓报警,后面要花大量功夫探伤、确认。

2.局部结构的影响

某些产品的复杂性还不限于AE值设置,由于零件内应力形成原因、形成节点的复杂性,必须与产品结构关联起来。

下面通过一空心轴齿轮(见图1)的AE报警改进,说明其局部结构对校直工艺和结果的影响。在轴柄段分布有4-φ3mm径向油孔,其中3个(B、C、D)位于横向凹槽内(见图2)。

图1  产品外形A1E4E4562C95D43545B61519AB6F072D878735215_size27_w771_h369.jpeg

 

图2  产品结构及校直示意A500A8A213879A047EF4286D5EEC6CAB689932B1B_size47_w1080_h431.jpeg


产品生产量增大后,存在AE报警率偏高问题,开始时为20%~25%,经过探伤,并未发现裂纹,AE值修订为100(初始)/580(额定)后仍然居高不下。我们对热处理工艺做了相应修正,包括提高淬火油温和回火温度,降低硬化层深度,报警率下降为12%。工艺改进起到一定的、有限度的作用,报警率仍然偏高。

经过对产品结构分析,梳理工艺流程,发现4个横向(径向)小孔中,位于凹槽内的3个小孔孔口(B、C、D)未倒角。这些容易产生应力集中,甚至裂纹萌生的位置,如果对孔口倒角处理,对于其校直的应力场以及AE报警是否有影响?以及影响程度有多大?对此进行了分析与验证,后续产品全部增加了0.3×45°的孔口倒角。图3、图4是B、C、D三孔孔口未倒角和全部孔口倒角后校直时的有限元应力分析。

图3  B、C、D三孔孔口未倒角时应力分布状态A3A31771F9F700B9CA5EB81CA9E33AB47B1A08D8C_size47_w1025_h787.jpeg

 图4  B、C、D三孔孔口增加0.3×45°倒角后应力分布状态A825C97A3188157303114B6BD0F34AB022E944657_size45_w1023_h791.jpeg

可见,增减孔口0.3×45°倒角后,各凹槽、小孔周边的应力分布状态有一定程度的改善,与此同时,在材料炉号及热处理工艺完全相同的情况下,产品报警率也大幅下降,如附表所示。

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3.结语

产品内应力以及变形、开裂等问题,从萌生到扩张,从量变到质变,贯穿产品整个生产过程,是一个多节点、多变量的系统工程。解决内应力叠加、应力释放导致变形甚至开裂的问题,往往要求将原材料、机加工和热处理以及产品结构关联起来。某些容易被忽略的细微结构,诸如沟槽、棱角乃至局部加工刀痕等等,也足以改变产品的应力分布状态和承载能力。


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