某型發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪室蓋裂紋原因分析

張濤

摘要：齒輪室蓋作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件之一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓鑄及機(jī)加工要求較高。其產(chǎn)品質(zhì)量直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。通過(guò)對(duì)齒輪室蓋制造過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋的故障進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)建議，對(duì)齒輪室蓋制造工藝過(guò)程控制具有一定的參考意義。

Abstract： As one of the main parts of the engine， the gear housing cover has complex structure and high requirements for die casting and machining. Through the analysis of the fault which is easy to produce cracks in the manufacturing process of the gear housing cover， and puts forward the improvement measures， which has a certain reference for the control of the manufacturing process of the gear housing cover.

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);齒輪室蓋;裂紋故障;分析研究

Key words： engine;gear housing cover;crack fault;analysis and research

中圖分類號(hào)：V263.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0073-02

0? 引言

齒輪室蓋是柴油機(jī)的主要部件之一。主要是用于密封柴油機(jī)上的齒輪室，以防止漏油及灰塵、雨水進(jìn)入到齒輪室內(nèi)。齒輪室除安裝噴油泵、調(diào)速器、正時(shí)齒輪外，還安裝有多根軸，軸與軸之間通過(guò)齒輪進(jìn)行連接，最后由輸出主軸輸出。為適配齒輪室，齒輪室蓋上還設(shè)有齒輪固定座、齒輪腔以及動(dòng)力輸出軸孔等等。齒輪室蓋壓鑄成型后，再通過(guò)機(jī)加工提高精度而成。齒輪室蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除密封外還需要承受主軸的輸出力，所以對(duì)齒輪室蓋的制造工藝及制造精度提出了較高要求。齒輪室蓋的加工質(zhì)量直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)使用性能。

1? 故障現(xiàn)象

主機(jī)廠裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪室蓋主軸輸出孔有貫穿性裂紋圖1（a），內(nèi)腔裂紋部位處于？準(zhǔn)68孔與外壁夾角處，有的裂紋非常微小，肉眼難以識(shí)別圖1（b）。目視故障件裂紋部位，部位存在受力變形，往內(nèi)腔方向凹入，裂紋部位相對(duì)一致，后對(duì)故障件測(cè)量，裂紋部位變形1.15mm。

2? 故障原因排查

該零件生產(chǎn)主要依次經(jīng)過(guò)壓鑄、沖邊、清理、校正、終檢、毛坯入庫(kù)、進(jìn)貨檢驗(yàn)、機(jī)加工、清洗、檢驗(yàn)合格、包裝入庫(kù)等環(huán)節(jié)。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)裂紋所在的？準(zhǔn)68孔內(nèi)壁無(wú)壓鑄缺陷且孔內(nèi)壁加工圓滑平整，無(wú)錯(cuò)層，正反兩面無(wú)明顯壓鑄拉傷痕跡（圖2）。初步排除裂紋是毛坯鑄造及機(jī)加工過(guò)程產(chǎn)生。進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)庫(kù)存件及批次等排查，認(rèn)為裂紋可能出現(xiàn)在以下制造環(huán)節(jié)，并對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行逐一的分析及檢查。

2.1 材料成分分析

該零件材料為ADC12，因故障件數(shù)量比例不高，裂紋部位基本集中在同一位置，經(jīng)分析非鑄造缺陷，且檢驗(yàn)鋁水成分，材料性能達(dá)要求。

2.2 加工過(guò)程分析

①通過(guò)檢查沖邊模具，發(fā)現(xiàn)沖邊上模壓塊有部分破損（圖3），飛邊的殘?jiān)掣皆谏厦妫醇皶r(shí)清理。沖邊時(shí)可能造成應(yīng)力，損壞工件。

②通過(guò)“紅丹粉試驗(yàn)”壓印試驗(yàn)，確認(rèn)支撐部位的設(shè)計(jì)合理性。首先在上模涂上紅丹粉，沖壓工件后，觀察工件上的接觸面積（見工件被染成紅色部分）發(fā)現(xiàn)輔助支撐在紅色印記的外圍，而受壓部位為反面的內(nèi)環(huán)，因沖邊模具的輔助支撐不在受壓部位的正下方，兩者錯(cuò)開，而裂紋正好出現(xiàn)在兩者之間，見圖4。

③校核沖邊行程。該行程由操作工在限位內(nèi)自行調(diào)整，行程范圍較大，產(chǎn)品受力大小隨行程變化較大，容易產(chǎn)生裂紋。

2.3 工藝設(shè)計(jì)分析

2.3.1 沖邊模壓緊點(diǎn)設(shè)計(jì)確認(rèn)

機(jī)加工裝裝夾的位置如圖5所示，裝夾的位置處于實(shí)心。不會(huì)造成機(jī)加時(shí)產(chǎn)品受力不均產(chǎn)生裂紋，見圖5。

2.3.2 校正敲裂

該校正工序使用的是木榔頭敲打如圖6所示部位，經(jīng)分析不會(huì)對(duì)裂紋部位進(jìn)行敲打校正，見圖6。

2.4 工藝變更/驗(yàn)證不充分

對(duì)返回的故障件分別進(jìn)行X射線探傷，著色顯影試驗(yàn)和氣密性檢測(cè)，確認(rèn)故障件識(shí)別的有效性。

將反饋裂紋件放入探傷機(jī)內(nèi)探傷，除肉眼識(shí)別的裂紋外，細(xì)小裂紋故障件從各角度進(jìn)行探傷，結(jié)果顯示不出裂紋，探傷圖片如圖7。

對(duì)返回的故障件進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

驗(yàn)證總結(jié)：①X射線探傷無(wú)法識(shí)別細(xì)小裂紋，方案不可行;②著色顯影探傷可以明顯識(shí)別細(xì)小裂紋，方案可行;③氣密檢測(cè)在0.6Mpa/min參數(shù)下可識(shí)別細(xì)小裂紋，方案可行。

3? 故障原因分析

通過(guò)一系列的排查及分析，最后確定產(chǎn)生裂紋的原因主要如下：①工裝破損，殘余的飛邊及批縫粘在壓塊上，在沖壓過(guò)程會(huì)造成產(chǎn)品局部壓力過(guò)大，產(chǎn)生裂紋。②沖邊模具的輔助支撐與壓緊點(diǎn)位置沒有完全吻合，造成受力不均，產(chǎn)生裂紋。③沖邊行程控制精度不夠，容易導(dǎo)致產(chǎn)品受力過(guò)大，產(chǎn)生裂紋。④沖邊后，探傷工藝和普通氣密性試驗(yàn)只能發(fā)現(xiàn)較大的裂紋，而有些裂紋非常細(xì)小，目測(cè)及探傷都不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，清理工未按照工藝卡要求檢查產(chǎn)品外觀質(zhì)量，造成裂紋產(chǎn)品出廠。

4? 改進(jìn)措施

①?zèng)_邊模具的日常點(diǎn)檢，及時(shí)清理鋁屑，如損缺較大及時(shí)更換。②新設(shè)計(jì)沖邊模具的壓緊點(diǎn)，壓緊點(diǎn)全數(shù)設(shè)計(jì)在“實(shí)心”部位（螺栓安裝的部位圖8），重新設(shè)計(jì)壓緊點(diǎn)后取消輔助支撐。③設(shè)備增加標(biāo)尺及指針，以精確控制沖邊行程（圖9）。增加機(jī)械限位圖（10）。④對(duì)沖邊工藝變更后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全尺寸、著色探傷、氣密探傷驗(yàn)證。⑤要求清理員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行100%檢外觀。⑥校正工序?qū)?lái)料進(jìn)行100%檢外觀。⑦對(duì)成品進(jìn)行100%氣密檢測(cè)。

5? 結(jié)語(yǔ)

以上是對(duì)齒輪室蓋裂紋的原因分析及改進(jìn)的具體措施，措施實(shí)施后，零件沒有再出現(xiàn)裂紋，故障解決。針對(duì)此類零件制造要求對(duì)沖壓模支撐點(diǎn)進(jìn)行可靠的設(shè)計(jì)，并采取有效的驗(yàn)證方法，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)工序質(zhì)量的管控，可以避免故障的產(chǎn)生，從而提高此類零件的生產(chǎn)制造質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]張習(xí)志，余明，夏仁專.鑄件裂紋的形成原因及防止方法[J].煤礦機(jī)械，2007，28（11）：104-106.

[2]楊堯.關(guān)于機(jī)械設(shè)備中金屬零部件的斷裂失效分析[J].機(jī)械研究與運(yùn)用，2003（02）：18-19.

[3]聶偉鋼.鑄造裂紋的形成原因分析[J].鑄造工程，2010（004）.