某皮卡板簧可靠性壽命提升

向莎

摘 要：文章主要通過對某皮卡板簧進(jìn)行分析，找出了其發(fā)生斷裂的原因和機(jī)理，并相應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化整改，提高了它的可靠性壽命，使其達(dá)到競品的水平，提高了產(chǎn)品競爭力。分析整改過程中也識(shí)別出了對板簧可靠性壽命有影響的可能因素，為解決同類問題提供可供參考的思路。

關(guān)鍵詞：板簧;斷裂;金相;應(yīng)力集中

中圖分類號(hào)：U463 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）14-45-03

Abstract： In this paper， mainly through the analysis of a pickup plate storage， found out the cause and mechanism of its fracture， and the corresponding optimization and rectification， improve its reliability life， make it reach the level of competitive products， improve the competitveness of products. In the process of rectification， the possible factors affecting the reliability life of plate storage are identified， which can provide a reference for solving similar problems.

Keywords： Leaf spring; Breakage; Metallographic structure; Stress concentration

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-45-03

1 引言

板簧是車輛上重要的承載件，起到連接車架和車橋、約束車橋運(yùn)動(dòng)、緩和沖擊的重要作用，由于其工作過程中一直受到交變載荷作用，容易發(fā)生疲勞斷裂。我公司開發(fā)的某皮卡車型，板簧在標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)化路面上的使用壽命平均為3500km，折合普通公路52500km，已經(jīng)能夠滿足客戶使用要求。但是，我們對某競品開展同等工況的道路試驗(yàn)時(shí)，其板簧平均壽命能達(dá)到6000km強(qiáng)化路里程，折合普通公里90000km，為了提高我公司產(chǎn)品的競爭力，有必要對板簧的可靠性壽命進(jìn)行提升。本文通過對我公司某皮卡板簧斷裂的分析，探究其原因，并提出優(yōu)化整改措施，切實(shí)提高了可靠性壽命。

2 板簧斷裂分析

我們調(diào)查了41例斷裂的板簧，斷裂位置主要集中在第3、4片接觸處和騎馬螺栓處，見圖1和表1。發(fā)生斷裂的平均里程為3500km強(qiáng)化路，折合普通公路52500km。

根據(jù)板簧的受力特點(diǎn)分析，并運(yùn)用故障樹的方法，識(shí)別出可能導(dǎo)致板簧斷裂的末端因素5項(xiàng)：

（1）工作應(yīng)力超過了材料的許用應(yīng)力;

（2）第3、4片接觸間隙不均勻;

（3）斷裂處存在機(jī)械損傷;

（4）熱處理不良，導(dǎo)致金相、脫碳層、硬度不符合要求;

（5）騎馬螺栓防松不佳，產(chǎn)生松動(dòng);

下文將逐個(gè)確認(rèn)上述末端因素對板簧斷裂的影響，找到主因，并實(shí)施相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2.1 工作應(yīng)力分析

在板簧上布置應(yīng)變片，實(shí)車測試了板簧各重點(diǎn)位置的應(yīng)力，如圖2，測試結(jié)果見表2，最大應(yīng)力為480.67MPa，小于許用應(yīng)力550MPa。

2.2 測量第3、4片接觸間隙

板簧設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的各片間隙不得大于0.5mm，檢測了5套板簧，發(fā)現(xiàn)第3、4片之間的間隙遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5mm，間隙最大的位置集中在距離板簧中心40mm至60mm之間，與實(shí)際斷裂位置吻合。按照實(shí)測結(jié)果建模進(jìn)行CAE分析，在間隙最大處也存在極大的應(yīng)力集中，與實(shí)際斷裂位置吻合。測量結(jié)果見圖3，CAE分析結(jié)果見圖4。可見第3、4片接觸間隙不均勻是導(dǎo)致板簧斷裂的因素之一。

2.3 斷裂處的機(jī)械損傷檢查

對斷裂的板簧斷面進(jìn)行目視檢查，未發(fā)現(xiàn)有機(jī)械損傷痕跡，可以排除機(jī)械損傷導(dǎo)致應(yīng)力集中進(jìn)而引起板簧疲勞斷裂。

2.4 熱處理分析，檢測板簧的金相、脫碳層、硬度

對斷裂的板簧進(jìn)行理化分析，故障件的硬度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的HB375-HB444，脫碳層厚度也符合標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于2.24mm，但是金相等級(jí)僅為4級(jí)，未達(dá)到要求的優(yōu)于3級(jí)。

2.5 騎馬螺栓防松能力測試

在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架上和競品進(jìn)行了對比試驗(yàn)，我公司皮卡騎馬螺栓防松能力滿足要求，且優(yōu)于競品，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

綜合上述分析，導(dǎo)致板簧斷裂的末端因素有2項(xiàng)：

（1）板簧第3、4片之間接觸間隙不均勻;

（2）金相不合格。

3 優(yōu)化整改

3.1 改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析，某皮卡車型的板簧進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)化整改：

（1）調(diào)整第4片的弧高，由正弧高調(diào)整為反弧，并增加了在線檢測工序，保證第3、4片之間間隙一致、接觸平順;

（2）在生產(chǎn)工藝中，調(diào)整淬火和回火的溫度、時(shí)間和速度，淬火后及時(shí)回火，以便形成細(xì)密的回火屈氏體。

3.2 改進(jìn)后的實(shí)施效果

使用優(yōu)化改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了小批量試制，并對試制件進(jìn)行了檢測：

（1）抽檢5臺(tái)樣件，其第3、4片之間的間隙均在0.5mm以內(nèi)，見圖8，應(yīng)力集中也消失了，見圖9;

（2）抽查的10臺(tái)樣件，金相均優(yōu)于3級(jí)，見圖10;

（3）用整改件裝了4臺(tái)樣車進(jìn)行強(qiáng)化路試驗(yàn)，板簧斷裂里程均超過了6000km，見圖11。

可以看出，經(jīng)過整改優(yōu)化后，板簧的強(qiáng)化路驗(yàn)證里程達(dá)到了和競品相同的水平。

4 結(jié)論

通過以上分析級(jí)整改驗(yàn)證，最終得出以下結(jié)論：

（1）本次研究的某皮卡板簧壽命短是因?yàn)榈?、4片之間的接觸間隙不均勻和金相不合格導(dǎo)致的;

（2）通過整改，使板簧的可靠性壽命達(dá)到了和競品相同的水平，證明了優(yōu)化整改是有效的;

（3）通過本次分析及優(yōu)化整改，提高了某皮卡板簧的可靠性壽命，使其達(dá)到了競品的水平，提高了我公司產(chǎn)品的市場競爭力;

（4）同時(shí)也為板簧可靠性壽命的提升提供了可參考的思路和方法。

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