軸類件校直的結(jié)構(gòu)效應(yīng)

牛萬斌，章賽丹，王振榮

軸類零件由于材料、結(jié)構(gòu)原因，復(fù)雜加工流程，以及熱處理過程等影響，在內(nèi)應(yīng)力作用下產(chǎn)生不同程度的彎曲變形，早期是采取人工校直、液壓機(jī)校直，憑經(jīng)驗設(shè)定壓力、壓下量。為了適應(yīng)高精度、大批量生產(chǎn)需求，自動校直機(jī)應(yīng)運而生， 1994年就有國產(chǎn)自動校直機(jī)投入市場。目前汽車零部件行業(yè)國產(chǎn)、進(jìn)口自動校直機(jī)應(yīng)用廣泛，檢測精度、報警靈敏度也不斷提高。

1. 報警參數(shù)AE值

校直結(jié)束后，過去用磁粉無損檢測裂紋。為了提高可信度和生產(chǎn)效率，我們選用自動裝置應(yīng)用AE（ACOUSTIC EMISSION）技術(shù)，通過檢測伴隨材質(zhì)的變形、破損而釋放內(nèi)部應(yīng)力時發(fā)生的AE波，對是否存在裂紋進(jìn)行判斷。

但是，針對具體的軸類件，要設(shè)定適宜的報警參數(shù)（AE值），該門檻設(shè)定過高，可能會導(dǎo)致已經(jīng)產(chǎn)生裂紋的產(chǎn)品蒙混過關(guān)，流向客戶，隱患無窮。設(shè)置過低，會出現(xiàn)過多的無謂報警，后面要花大量工夫檢測、確認(rèn)。

2. 局部結(jié)構(gòu)的影響

某些產(chǎn)品的復(fù)雜性還不限于AE值設(shè)置，由于零件內(nèi)應(yīng)力形成原因、形成節(jié)點的復(fù)雜性，必須與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。

下面通過一空心軸齒輪（見圖1）的AE報警改進(jìn)，說明其局部結(jié)構(gòu)對校直工藝和結(jié)果的影響。在軸柄段分布有4-φ3mm徑向油孔，其中3個（B、C、D）位于橫向凹槽內(nèi)（見圖2）。

產(chǎn)品生產(chǎn)量增大后，存在AE報警率偏高問題，開始時為20%～25%，經(jīng)過無損檢測，并未發(fā)現(xiàn)裂紋，AE值修訂為100（初始）/580（額定）后仍然居高不下。我們對熱處理工藝做了相應(yīng)修正，包括提高淬火油溫和回火溫度，降低硬化層深度，報警率下降為12%。工藝改進(jìn)起到一定的、有限度的作用，報警率仍然偏高。

經(jīng)過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，梳理工藝流程，發(fā)現(xiàn)4個橫向（徑向）小孔中，位于凹槽內(nèi)的3個小孔孔口（B、C、D）未倒角。這些易產(chǎn)生應(yīng)力集中、甚至裂紋萌生的位置，如果對孔口倒角處理，對于其校直的應(yīng)力場以及AE報警是否有影響？以及影響程度有多大？對此進(jìn)行了分析與驗證，后續(xù)產(chǎn)品全部增加了0.3×45°的孔口倒角。圖3、圖4是B、C、D三孔孔口未倒角和全部孔口倒角后校直時的有限元應(yīng)力分析。

由圖可見，增加孔口0.3×45°倒角后，各凹槽、小孔周邊的應(yīng)力分布狀態(tài)有一定程度的改善，與此同時，在材料爐號及熱處理工藝完全相同的情況下，產(chǎn)品報警率也大幅下降，如附表所示。

3. 結(jié)語

產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力以及變形、開裂等問題，從萌生到擴(kuò)張，從量變到質(zhì)變，貫穿產(chǎn)品整個生產(chǎn)過程，是一個多節(jié)點、多變量的系統(tǒng)工程。解決內(nèi)應(yīng)力疊加、應(yīng)力釋放導(dǎo)致變形甚至開裂的問題，往往要求將原材料、機(jī)加工和熱處理以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。某些容易被忽略的細(xì)微結(jié)構(gòu)，諸如溝槽、棱角乃至局部加工刀痕等，也足以改變產(chǎn)品的應(yīng)力分布狀態(tài)和承載能力。