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        銅蝸輪制造工藝的改進(jìn)

        2012-02-20 03:31:58伍俊杰余明儀
        裝備制造技術(shù) 2012年8期
        關(guān)鍵詞:蝸輪鑄件時(shí)效

        伍俊杰,余明儀

        (廣西柳工機(jī)械股份有限公司,廣西 柳州 545007)

        銅蝸輪是平地機(jī)核心零部件——蝸輪箱的重要零部件,負(fù)責(zé)將動(dòng)力傳遞至工作裝置,使之進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在這工作過(guò)程中,銅蝸輪會(huì)受到?jīng)_擊負(fù)荷,容易發(fā)生斷裂事故。

        銅蝸輪的產(chǎn)品品質(zhì),直接影響整機(jī)性能。目前市場(chǎng)反饋主要為銅蝸輪開(kāi)裂,平均故障時(shí)間約為250 h,其中46%為100 h以內(nèi)的早期故障,市場(chǎng)外反饋率為1.94%。

        銅蝸輪結(jié)構(gòu)形式為銅鐵合鑄,外層為銅內(nèi)層為鐵,通過(guò)鑄造將兩種材料連接在一起(如圖1)。

        圖1 銅蝸輪的結(jié)構(gòu)形式

        1 銅蝸輪斷裂原因分析

        經(jīng)采用目測(cè)及電子顯微鏡等手段,對(duì)銅蝸輪斷面進(jìn)行了分析研究(如圖2~圖4)。

        圖2 斷裂面鑄銅內(nèi)表面有明顯的鑄造缺陷、夾雜

        圖3 斷裂面裂紋源位于銅內(nèi)表面鑄造缺陷、夾雜處,先期斷裂面有明顯的氧化色

        圖4 100X顯微鏡下,鑄銅件第二相分布均勻,可見(jiàn)孔洞、夾雜

        圖5 100X顯微鏡下,銅鑄件平均晶粒度為3

        對(duì)上列4張圖片作進(jìn)一步分析,可以得出以下結(jié)論:

        (1)銅蝸輪鑄造工藝不合理,鑄造品質(zhì)控制薄弱;

        (2)鑄造應(yīng)力大,應(yīng)力釋放造成了從鑄造缺陷處斷裂。

        2 方案制定及實(shí)施效果

        針對(duì)鑄造工藝不合理與鑄造品質(zhì)控制薄弱的問(wèn)題,采取改進(jìn)鑄造工藝,控制鑄造品質(zhì)的方案;

        針對(duì)鑄造應(yīng)力大,應(yīng)力釋放造成從鑄造缺陷處斷裂,采取熱處理去應(yīng)力及更改結(jié)構(gòu)形式兩種方案。

        2.1 改進(jìn)鑄造工藝、控制鑄造品質(zhì)

        改進(jìn)鑄造工藝,對(duì)比不同鑄造工藝的鑄造品質(zhì)與應(yīng)力狀況,降低鑄造雜質(zhì)并改善銅鑄件的晶粒度。最終選擇鐵芯鑄造,加工好后,在鐵芯澆鑄銅時(shí),采用離心鑄造的方法??刂畦T造品質(zhì),要求鑄造廠家每爐鑄件須提供規(guī)定形狀的試樣一件及檢驗(yàn)報(bào)告一份,并要求質(zhì)檢部門(mén)按規(guī)定頻次抽檢(圖6、圖7)。

        圖6 試樣

        圖7 試樣圖

        3.2 研究熱處理去應(yīng)力的可行性

        根據(jù)金屬材質(zhì)制定固溶高溫時(shí)效與固溶中溫時(shí)效兩種熱處理方法,并跟蹤試驗(yàn)兩種方案。

        (1)固溶高溫時(shí)效。加熱820~850℃,保溫3 h,水冷,600℃退火。

        (2)固溶中溫時(shí)效。加熱820~850℃,保溫3 h,水冷,500℃退火。

        圖8 經(jīng)退火處理的銅蝸輪

        圖9 未經(jīng)退火處理的銅蝸輪

        經(jīng)過(guò)熱處理的銅蝸輪,在晶粒度方面均有提升,但通過(guò)破壞性試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)銅蝸輪仍有開(kāi)裂的現(xiàn)象,可見(jiàn)熱處理能起到一定的效果,但尚不能完全滿足目標(biāo)的要求。

        3.3 研究更改結(jié)構(gòu)形式以減少應(yīng)力的可行性

        原銅蝸輪結(jié)構(gòu)為銅鐵合鑄。在鑄造過(guò)程中,因銅與鐵的收縮率不一致,造成鑄造應(yīng)力大。

        為減少應(yīng)力,研究更改結(jié)構(gòu)形式為鑲嵌裝配式。將銅與鐵分別鑄造加工,通過(guò)配合與螺釘連接。經(jīng)破壞性試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)銅蝸輪開(kāi)裂的比率有明顯下降。

        圖10 銅蝸輪結(jié)構(gòu)形式的更改

        3.4 效果驗(yàn)證

        通過(guò)無(wú)損檢測(cè)及溫度急劇變化的破壞性試驗(yàn),確定改進(jìn)效果,改進(jìn)后的銅蝸輪自2010年后無(wú)品質(zhì)問(wèn)題反饋。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)改進(jìn)鑄造工藝、控制鑄造品質(zhì)、熱處理去應(yīng)力與結(jié)構(gòu)形式的改變,可以有效地改進(jìn)銅蝸輪斷裂的品質(zhì)問(wèn)題。

        [1]GB 1176-87,鑄造銅合金技術(shù)條件[S].

        [2]GB/T 228-2002,金屬材料拉伸試驗(yàn)[S].

        [3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

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