弹簧行业论坛 门户 门户 行业资讯 查看内容

摩擦簧的工艺实践

2020-2-28 08:36| 发布者: 真名就叫仙女| 查看: 282| 评论: 0

摘要: 摩擦簧是由带有内锥面的外环和带有外锥面的内环配合组成,如下图(a)所示:内、外环的对数根据承受载荷的大小和变形的要求来决定。其摩擦簧受载状态的高度变形情况如图(b)所示:图1摩擦簧组原有的加工工艺流程是 ...
摩擦簧是由带有内锥面的外环和带有外锥面的内环配合组成,如下图(a)所示:内、外环的对数根据承受载荷的大小和变形的要求来决定。其摩擦簧受载状态的高度变形情况如图(b)所示:

图1
摩擦簧组原有的加工工艺流程是:机加(半成品)—热处理—磨削加工(成品)—表面处理—配组测力。该摩擦簧组在过去的生产制造、装配使用过程中,均出现较大频次的自锁和断裂,对此我们进行了大量的理化检测。其结果符合相关资料要求,未发现异常现象,具体情况如下: 

1. 断口:断口无异常; 
2. 组织:回火屈氏体; 
3. 硬度:1号样:563HV1(53HRC)、545HV1(52HRC)、510HV1(53.5HRC);2号样:514HV1(50HRC)、520HV1(50.5HRC)、514HV1(50HRC),其硬度结果符合产品图要求的50-56HRC。 

摩擦簧组的外环、内环、端环的几何尺寸如图所示:

图2
二.原因分析: 

一般情况下,引起摩擦簧断裂及自锁的原因应有:一为材料及热处理缺陷引起该簧工作时断裂;二是应力分布不合理而引起的断裂;三是加工质量差和回弹应力过小引起的该簧工作时自锁,并在自锁的影响下造成断裂。 

根据理化检测结果,该簧组使用的材料及热处理工艺符合相关的技术资料要求,未发生异常情况,因此应排除原材料和热处理因素。 

原工艺加工过程分析:原加工工艺将内环的φ24.1h8mm增大为φ24.8h8mm,内环的壁厚加大而外环的尺寸不变时,外环受到的拉应力更大,在工作时更容易造成,外环受到的拉应力断裂;外环的内棱角和内环的外棱角机加后形成尖角,造成应力部位集中;原加工工艺中,磨削加工后直接进行表面处理,未能消除加工过程中的应力;零件的表面粗糙度达不到产品图要求,这些均增加了工件的破断和自锁概率。 

此摩擦簧组的产品结构与同类产品的情况对比分析详见下表:
摩擦簧几何尺寸情况对比表
序号
D(mm)
D(mm)
零件壁厚
外与内环壁厚差
差与内环之比(%)
1
32
30
2
0
0
24
22
2
2*
27.5
26.2
1.3
-0.1
-7.1%
24.1
22.7
1.4
3
18.2
15.5
2.7
0.5
22.7%
16.6
14.4
2.2
4
56
51.6
4.4
1.6
57%
49.8
46
2.8
5
25
23
2
0
0
21.65
19.65
2
6
42
39.2
2.8
0.5
21.7%
37.3
35
2.3
7
55
51.5
3.5
0.87
33%
49.1
46.47
2..63
8
55
51.5
3.5
0.68
24.1%
48.82
46
2.82
从表中可知该摩擦簧组的壁厚薄,且内、外环的壁厚差与内环壁厚之比为-7.1%,而其它簧的两者之比均大于20%以上。 

受力情况(应力的产生和分布对产品的利弊)分析:摩擦簧的端面受轴向力F的作用时,外环和内环沿配合圆锥面相对滑动产生的摩擦力为Nfμ,内、外环的圆锥表面上受正压力N。外环簧圈受拉应力后直径变大,其所受径向分力为Fr;而内环受力后,直径变小,其所受径向分力为Fr。受力分析图见下图:
              
                   
截面的受力简图见下图:

a) 外环 b)内环
外、内环簧截面中心圆周上单位长度的径向分力分别为P2、P1。在径向分力的作用下,外环截面受拉伸,所受拉力为F2;内环截面受压缩,所受压力为F1 

综上所述:我们认为造成该簧自锁和断裂的主要原因是:产品结构不合理造成的应力分布不合理而引起的断裂;加工质量差和回弹应力过小引起的该簧工作时自锁,并在自锁的影响下造成断裂。 

三.制定工艺试验措施: 

根据工艺加工过程分析,产品结构分析和受力情况分析(应力产生和分布对产品的利弊方面)的分析。制定出工艺试验措施,进行试验验证:
序   号
具 体 内 容
措施一
在摩擦簧磨削加工后增加煮油,减少或消除磨削加工产生的拉应力。
措施二
第一步
将产品尺寸进行工艺调整;内环由φ24.8h8mm调整为φ24.1h8mm尺寸;外环和端环尺寸由φ26.2H8mm调整为φ26.07mm。且外环的内棱角与内环的外棱角增加倒角R0.4-0.6mm。此次调整后内、外环的壁厚差为0.03mm。且内、外环的壁厚差与内环壁厚之比由原来的-7.1%增加为2%
第二步
进一步调整内、外环壁厚差。内环由φ24.1h8mm调整为φ23.98h8mm;外环由φ26.2H8mm调整为φ25.95H8mm。调整后内、外环的壁厚差与内环壁厚之达到了21%

四.工艺试验措施的实施: 

1. 工艺试验措施一: 

选端环50件;内、外环各400件在摩擦簧磨削加工后进行一道去应力,消除磨削产生的拉应力。 

在进行完上述工艺后,零件在短压和测力中仍发生较大比例的断裂和自锁;上炮试验后还有一定比例的零件发生断裂,自锁现象严重;其与过去生产使用的比较看,质量改善不很明显。 

2. 工艺试验措施二: 

将内环φ24.8h8mm的尺寸调整为φ24.1H8mm尺寸;外、端环由原工艺的φ26.2H8mm尺寸调整为φ26.07mm尺寸;且内、外环的壁厚差与内环壁厚之比由原来的-7.1%增加为2%。表面粗糙度控制在0.8-1.6之间。外环的内棱角与内环的外棱角倒角R0.4-0.6mm。按上述要求加工端环50件;外环和内环各400件,。上述规定加工的零件共配出4组,其在短压测试和上炮射击试验的具体情况如下表:
短压测试情况表
序号
自由高度H0
P1
P2
短压测试断裂情况
短压测试自锁情况
1
257.5mm
8.5KN
19.5KN
2
257mm
8.3KN
19.2KN
断1个外环
3
257mm
8.5KN
19.46KN
4
257mm
8.61KN
19.8KN
注:图纸要求为H0=255;P1=7.5±1.5KN ;P2=19±3KN。 
炮上验证试验情况表
序号
验证试验的时机
验证试验的项目
试验结果
1
低温弹机构动作后
自锁和断裂
有4处自锁但无断裂
2
.强度试验后
自锁和断裂
无自锁和断裂
3
工作可靠性试验后
自锁和断裂
无自锁和断裂
4
全部射击试验后
自锁和断裂
无自锁和断裂
从这次工艺试验看,调整环簧的几何尺寸后,效果有明显的改善。 

3.工艺试验措施二的第二步: 

在总结了第一步的基础上,对其几何尺寸进行再次调整,调整后的尺寸为:外环和端环的φ26.2H8调整为φ25.95±0.01mm; 内环的φ24.1h8调整为φ23.98 h8mm。由于加工能力所限表面粗糙度只能控制在0.8-1.6之间。外环的内棱角与内环的外棱角倒角R0.4-0.6mm。调整后外环与内环的壁厚比达到了21%,该工艺方案共生产了6组摩擦簧(具体数据详见下表),在短压测力时,未发现有断裂和自锁。在此基础行了第二次小批量验证性试验。也未发现断裂,但有轻微的自锁。通过对自锁零件的观察和加工过程的了解。发现轻微的自锁是因为倒角时形成的反毛刺所为。检测数据见下表:
序号
自由高度H0
P1
P2
短压测试断裂情况
短压测试自锁情况
1
255mm
8.76KN
20.79KN
2
255mm
8.87KN
20.93KN
3
256mm
7.75KN
19.58KN
4
256mm
8.21 KN
19.66KN
5
256mm
8.53 KN
20.10KN
6
255mm
8.78 KN
20.89KN

五.结论: 
从3个工艺试验看零件的断裂和自锁是受摩擦簧外环刚度不够和加工过程的应力集中等多重因素的影响。通过调整相关尺寸,使其内、外环的壁厚差与内环壁厚之比达到20%以上,增强刚度。增加倒R和去应力工序减少了应力集中,使摩擦簧工作时的可靠性得到了较大提高,丛而满足了产品的需要。由此可知,在设计同类产品时,使内、外环的壁厚差与内环壁厚之比要达到20%以上才安全。
 微信关注公众号:弹簧行业(扫码关注,打开更大的弹簧世界),回复关键词“入驻”,即可获得优先入驻名额!全球弹簧标准体系,上下游资讯免费查。点击留言,提出你的看法。


鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋