滑塊套內(nèi)孔滲氮層深度不合格的分析與處理

□ 孟凡亮

海軍裝備部 山西侯馬 043003

1 存在的問題

某產(chǎn)品的滑塊套為氣缸體中的部件,內(nèi)孔直接與活塞接觸,內(nèi)孔表面要求滲氮處理?；瑝K套結(jié)構(gòu)如圖1所示,壁厚為1.65 mm,為典型薄壁類零件,尺寸公差精度為0.025～0.16 mm,材料為合金結(jié)構(gòu)鋼,在滲氮及加工過程中容易產(chǎn)生變形,加工難度大。

在某發(fā)動(dòng)機(jī)參與功率試驗(yàn)后,分解發(fā)現(xiàn)1號(hào)缸對(duì)應(yīng)的活塞部件異常磨損,3號(hào)缸對(duì)應(yīng)的活塞部件輕微磨損。為了分析原因,將滑塊套拆下,對(duì)滑塊套的兩個(gè)截面進(jìn)行解剖,復(fù)測硬度和滲氮層深度,解剖及內(nèi)孔檢測位置如圖2所示?；瑝K套圖紙要求內(nèi)孔滲氮層深度為0.2～0.3 mm,表面維氏硬度(HV)不小于710。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn),1號(hào)缸中壓裝的滑塊套內(nèi)孔滲氮層深度和硬度均不合格,3號(hào)缸中壓裝的滑塊套內(nèi)孔滲氮層深度和硬度局部不合格,具體檢測結(jié)果見表1。

2 工藝分析

根據(jù)滑塊套加工的工序,分析認(rèn)為滲氮層深度不合格的主要原因與滲氮前內(nèi)孔的加工、滲氮過程,以及滲氮后的內(nèi)孔加工有關(guān),因此從滑塊套滲氮前后內(nèi)孔加工和過程控制兩個(gè)方面進(jìn)行考慮,對(duì)可能造成滲氮層深度不合格的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。滲氮層深度不合格原因分析如圖3所示。

表1 滑塊套內(nèi)孔硬度、滲氮層深度檢測結(jié)果

3 原因

通過對(duì)影響因素確認(rèn),排除機(jī)加工操作人員發(fā)生變化、機(jī)加工設(shè)備與工藝不符、機(jī)加工工藝規(guī)程發(fā)生變化、檢測量具不合格、滲氮前內(nèi)孔尺寸偏小、滲氮操作人員發(fā)生變化、滲氮設(shè)備與工藝不符、滲氮工藝規(guī)程發(fā)生變化、未嚴(yán)格執(zhí)行滲氮工藝、滲氮使用氨氣不合格、試樣與產(chǎn)品滲氮層深度不一致共11項(xiàng)因素。通過對(duì)解剖后的滑塊套硬度、滲氮層深度檢測值進(jìn)行分析,從滲氮后內(nèi)孔脹量的角度得到三個(gè)結(jié)論。

第一,1號(hào)缸中壓裝的滑塊套內(nèi)孔截面1滲氮層深度不合格,但滲氮層深度均勻。

第二,3號(hào)缸中壓裝的滑塊套內(nèi)孔截面1滲氮層深度不合格,但滲氮層深度均勻。

第三,表1中滲氮層深度和滲氮層硬度對(duì)應(yīng)關(guān)系一致,滲氮層深度越深,滲氮層硬度越高,而且表1中各值均符合滲氮層硬度梯度曲線。

對(duì)表2內(nèi)孔尺寸檢測結(jié)果分析,滲氮后滑塊套內(nèi)孔會(huì)脹大,滲氮后內(nèi)孔尺寸最小為φ34.71 mm,最大為φ34.79 mm,滲氮前內(nèi)孔尺寸最小為φ34.65 mm,最大為φ34.68 mm,由此可以計(jì)算出滲氮后滑塊套內(nèi)孔尺寸脹大了0.03～0.14 mm。

由此可見,1號(hào)缸滑塊套內(nèi)孔截面1和3號(hào)缸滑塊套內(nèi)孔截面1表面滲氮層維氏硬度(HV)低于710的原因?yàn)榛瑝K套滲氮后內(nèi)孔尺寸部分偏小。

另一方面,通過對(duì)解剖后的滑塊套硬度、滲氮層深度檢測值分析,得到滲氮后內(nèi)孔變形的兩方面結(jié)論。

第一,截面2中滲氮層深度不均勻,說明1號(hào)缸中滑塊套內(nèi)孔截面2存在變形。

第二,3號(hào)缸滑塊套內(nèi)孔截面2滲氮層深度內(nèi)孔檢測點(diǎn)1和內(nèi)孔檢測點(diǎn)4合格,內(nèi)孔檢測點(diǎn)2和內(nèi)孔檢測點(diǎn)3不合格,滲氮層深度不均勻,說明3號(hào)缸滑塊套內(nèi)孔截面2存在變形。

表2 滑塊套滲氮前后內(nèi)孔尺寸檢測結(jié)果

由表2可以看出,滲氮后滑塊套內(nèi)孔存在變形現(xiàn)象,內(nèi)孔變形量最大為0.07 mm。產(chǎn)品圖紙最終要求的是內(nèi)孔滲氮層深度,為了保證內(nèi)孔滲氮層深度,工藝安排以內(nèi)孔為基準(zhǔn)進(jìn)行滑塊套加工,按照滲氮后加工外圓的工藝方法,將滑塊套裝入小錐度芯軸上,采用兩頂裝夾磨外圓。若內(nèi)孔存在變形,會(huì)造成滑塊套裝入芯軸時(shí)內(nèi)孔最小處接觸到芯軸表面,內(nèi)孔最大處接觸不到芯軸,導(dǎo)致外圓磨削時(shí)圓周方向加工量不一致或中心偏移。磨內(nèi)孔的工藝方法為以磨削完成的外圓為基準(zhǔn),進(jìn)行內(nèi)孔磨削,外圓的中心偏移會(huì)影響內(nèi)孔中心,進(jìn)而造成內(nèi)孔磨削量不均勻,使?jié)B氮層深度不均勻,出現(xiàn)3號(hào)缸滑塊套內(nèi)孔截面2滲氮層深度不均勻的現(xiàn)象。由此可見,3號(hào)缸滑塊套內(nèi)孔截面2滲氮層深度不均勻的原因?yàn)榛瑝K套內(nèi)孔變形大。

根據(jù)對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行分析,確定了滲氮后滑塊套內(nèi)孔機(jī)加工余量過大及滲氮后內(nèi)孔存在變形為滑塊套內(nèi)孔滲氮層深度不合格的主要原因。

4 應(yīng)對(duì)措施

經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證,對(duì)后續(xù)的30件滑塊套按照應(yīng)對(duì)措施執(zhí)行,滲氮后內(nèi)孔尺寸均大于φ34.76 mm?；瑝K套加工為成品后,檢測內(nèi)孔滲氮層深度,對(duì)比原有的滲氮層深度合格率96.92%,內(nèi)孔滲氮層深度合格率達(dá)到了100%。

5 結(jié)束語

筆者針對(duì)滑塊套內(nèi)孔滲氮層深度不合格問題,對(duì)滑塊套的加工工序及裝夾方法進(jìn)行分析,對(duì)解剖后的滑塊套硬度、滲氮層深度進(jìn)行檢測,得出造成滑塊套內(nèi)孔滲氮層深度不合格的原因?yàn)闈B氮后內(nèi)孔機(jī)加工余量大及滲氮后內(nèi)孔存在變形。從影響程度分析,滲氮后內(nèi)孔機(jī)加工余量大,會(huì)導(dǎo)致滲氮后內(nèi)孔磨削量增大,使剩余的滲氮層深度變淺。滑塊套滲氮后內(nèi)孔存在變形,造成滑塊套內(nèi)孔表面局部磨削量偏大,導(dǎo)致內(nèi)孔滲氮層深度不均勻。通過分析可見,兩者對(duì)內(nèi)孔滲氮層深度都有較大影響。根據(jù)原因分析,確定減小滲氮后內(nèi)孔磨削量及減小滲氮前內(nèi)孔加工變形的對(duì)應(yīng)措施,最終使滑塊套內(nèi)孔滲氮層深度的合格率由96.92%提高至100%,使問題得到有效解決。