面向半軸套管螺紋損傷的電火花沉積再制造技術(shù)研究
2017-2-23 來(lái)源：國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械 作者：沈曄超 劉天琪
摘要：為了研究電火花沉積工藝是否適合半軸套管螺紋損傷的再制造。選用鎳基電極棒對(duì)螺紋受損區(qū)域進(jìn)行電火花沉積，并采用銼修、板牙套扣等方法實(shí)施螺紋修正。利用滲透、磁粉和磁記憶方法檢測(cè)螺紋再制造修復(fù)區(qū)，同時(shí)進(jìn)行螺紋配合實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：電火花沉積工藝效率高，再制造螺紋與基體結(jié)合可靠。沉積區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)氣孔、裂紋夾雜等缺陷和新的應(yīng)力集中區(qū)，能夠滿足半軸套管螺紋損傷的再制造要求。
關(guān)鍵詞：再制造；半軸套管；電火花沉積；無(wú)損檢測(cè)；應(yīng)力分布
汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼是基礎(chǔ)件，半軸套管螺紋損傷在橋殼失效形式中占有不小的比重。半軸套管拆卸換新¨1的工藝方法雖然能夠有效地實(shí)現(xiàn)套管螺紋損傷修復(fù)，但適用范圍小、修復(fù)效率低，不能滿足沖焊式橋殼的再制造需求；損傷區(qū)域堆焊后車(chē)削新螺紋的工藝方法舊1再加工時(shí)對(duì)刀十分麻煩∞。4 J，堆焊過(guò)程還會(huì)造成過(guò)大的熱影響，從而導(dǎo)致修復(fù)后的螺紋塑性、韌性較差。電火花沉積是利用放電作用，形成表面修復(fù)層的新型工藝方法。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)不同條件下的電火花沉積層進(jìn)行了不少研究。文獻(xiàn)[6—8]分別利用xRD衍射儀、SEM(掃描電鏡)、輝光光譜儀、球盤(pán)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了不同合金沉積層的摩擦磨損性能和組織結(jié)構(gòu)形貌；文獻(xiàn)[9一11]分析了能量密度、沉積溫度、電極壓力等工藝參數(shù)和電火花沉積層質(zhì)量、厚度之間的聯(lián)系；文獻(xiàn)[12—13]證實(shí)了電火花沉積適用于熱敏感和非晶態(tài)材料。但目前針對(duì)橋殼半軸套管螺紋再制造的電火花沉積研究還很少。根據(jù)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的典型失效形式，以軸頭螺紋損傷的半軸套管為對(duì)象，采用電火花沉積技術(shù)制備電火花沉積層，結(jié)合什錦銼修型和板牙套扣進(jìn)行螺紋再制造實(shí)驗(yàn)。分別使用滲透、磁粉、磁記憶方法對(duì)再制造螺紋進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，并經(jīng)過(guò)螺紋、螺母配合試驗(yàn)，證明了電火花沉積修復(fù)方法的可靠性，為汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管螺紋的再制造提供了一種新方法。
1.半軸套管螺紋損傷概況
軸頭螺母裝配過(guò)程中的人為誤操作因素、外購(gòu)軸頭螺母中的殘余雜質(zhì)、車(chē)輛超載、路面不平整等帶來(lái)的沖擊載荷等都有可能導(dǎo)致橋殼半軸套管螺紋損傷。某企業(yè)出廠返回橋殼故障件統(tǒng)計(jì)分析情況如圖l所示。
統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，87％的故障套管螺紋都存在不同形式的損傷，但亂絲損壞無(wú)法修復(fù)的只占總數(shù)的26％，還有約60％的半軸套管螺紋具備實(shí)施再制造的可能性。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，半軸套管螺紋主要有牙尖擄平、中徑擄平、局部爛牙、倒牙4種常見(jiàn)的損傷形式。
2.電火花沉積螺紋再制造實(shí)驗(yàn)
2．1實(shí)驗(yàn)對(duì)象及前處理
實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某型號(hào)驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管軸頭損傷螺紋，螺紋規(guī)格為M64×1．5—69。該段螺紋上存在3處缺陷，分別位于第13牙附近(螺紋根部位置)、第7牙附近(螺紋中間位置)和前2牙(螺紋初始位置)。
使用洗滌汽油、丙酮依次清洗受損螺紋，并用銅絲刷等工具打磨清除殘留在螺紋中的污物。螺紋上產(chǎn)生銹蝕的部分還應(yīng)該采用細(xì)砂紙打磨干凈，待沉積部位臨近區(qū)域需要利用膠布進(jìn)行保護(hù)和遮蔽。
2．2設(shè)備及工藝參數(shù)
使用旋轉(zhuǎn)式電極的新型3H—Es系列設(shè)備¨4。。采用鎳基電極棒，設(shè)備主要工藝參數(shù)如下：工作電壓22 V，功率l 500 W，頻率300 Hz，電極棒轉(zhuǎn)速1 600 r／min，保護(hù)性氣體氬氣流量10一15 I／min。對(duì)螺紋受損區(qū)域進(jìn)行電火花沉積，直至沉積層略高于受損螺紋牙尖高度，如圖2所示。
利用臺(tái)虎鉗夾持半軸套管，什錦銼銼修螺紋至初步成型后，再采用M64×1．5的板牙套扣修正，如圖3所示。
圖4再創(chuàng)造套管螺紋
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3．1滲透檢測(cè)
利用滲透檢測(cè)確定再制造螺紋表面的連續(xù)性。采用UR—T美可達(dá)清洗液對(duì)電火花沉積區(qū)域螺紋進(jìn)行預(yù)清洗，清除表面殘留的金屬氧化皮；然后對(duì)電火花沉積區(qū)域施加UP—T美可達(dá)浸透液，直至受檢面被完全覆蓋；10 min后，使用除去液，清洗多余滲透劑；最后，將uD—T美可達(dá)顯像液覆蓋被檢螺紋區(qū)域。在無(wú)反射光源且白光照度大于10001)【的環(huán)境下，用肉眼或3—5倍放大鏡觀測(cè)螺紋表面，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。
圖5半軸套管螺紋滲透檢測(cè)
經(jīng)滲透檢測(cè)，顯像劑均勻分布，半軸套管螺紋的再制造區(qū)域未發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)圓條形、橢圓形、圓形亮點(diǎn)或曲折波浪狀、鋸齒狀的細(xì)線條等缺陷顯示。半軸套管螺紋再制造區(qū)域的表面連續(xù)性良好。
3．2磁粉檢測(cè)
由于不受螺紋復(fù)雜的外形影響，靈敏度高，熒光磁粉檢測(cè)對(duì)螺紋近表面和表面的缺陷都具有極高的檢出率[15|。M64×1．5螺紋的公稱直徑、中徑和小徑分別為64 mm、63．026 mm、62．376 mm。螺紋完全磨損狀態(tài)下的最大凈修復(fù)尺寸為1．624 mm。而近表面2 mm以內(nèi)的缺陷在熒光磁粉檢測(cè)方法下的顯像都十分靈敏，因此整個(gè)電火花沉積區(qū)都處于熒光磁粉檢測(cè)的靈敏區(qū)域范圍內(nèi)。
將螺紋再制造區(qū)域表面進(jìn)行預(yù)處理，清除表面污物和金屬氧化皮，直至表面呈現(xiàn)出金屬光澤。將熒光磁粉施加在螺紋再制造區(qū)域表面，采用連續(xù)法對(duì)半軸套管進(jìn)行磁化。周向磁化電流，=10d(工件直徑)10×64=640 A，由經(jīng)驗(yàn)公式∥d=128／64：2，2<∥d≤5(∥d為半軸套管長(zhǎng)徑比)，得出縱向磁化線圈H=28 kA／m(中心磁場(chǎng)強(qiáng)度)。可檢磁痕在黑光燈下目視檢查，如圖6所示。
圖6半軸套管螺紋磁粉檢測(cè)
經(jīng)磁粉檢測(cè)，螺紋再制造區(qū)域未呈現(xiàn)出密集或單個(gè)點(diǎn)狀、方向不定的鋸齒狀或曲線狀、連續(xù)線狀等磁痕顯示，磁粉積聚現(xiàn)象并未出現(xiàn)在再制造螺紋區(qū)域。由此證明，半軸套管和電極棒在電火花沉積過(guò)程中結(jié)合效果良好。
3．3再制造螺紋的應(yīng)力分布分析
螺紋拆裝過(guò)程中的操作性能和連接的密封性、強(qiáng)度直接取決于螺紋的應(yīng)力分布狀態(tài)。使用金屬磁記憶方法分析半軸套管螺紋再制造后的應(yīng)力分布情況。為了保證金屬磁記憶檢測(cè)過(guò)程中儀器探頭和位于圓柱面上的半軸套管螺紋形成勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將半軸套管裝夾在車(chē)床卡盤(pán)上，并確保該車(chē)床能夠進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。工件按南北走向放置，選用金屬磁記憶智能檢測(cè)儀(EMs2000+)對(duì)再制造螺紋區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)向掃描，探頭提離高度1 mm，移動(dòng)速度(7—9)r／mino檢測(cè)線路的其中一條如圖7所示。
圖7再材造套管螺紋蠢記憶檢測(cè)結(jié)果
半軸套管再制造螺紋的應(yīng)力分布可以根據(jù)磁記憶信號(hào)的法向分量砟(y)及磁記憶信號(hào)變化梯度K來(lái)判斷。由圖7所示磁記憶檢測(cè)信號(hào)環(huán)向路徑的法向分量以(y)總體較為平穩(wěn)，起伏不大，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)零點(diǎn)和大異變峰現(xiàn)象；磁記憶信號(hào)變化梯度K的波動(dòng)幅度不大，沒(méi)有超標(biāo)ⅢJ，其中最大值(K。。，)僅為3．4 A／(m·mm)，再制造螺紋區(qū)域的應(yīng)力分布比較平緩。磁記憶檢測(cè)結(jié)果顯示：螺紋再制造過(guò)程并沒(méi)有因?yàn)殡娀鸹ǔ练e而引入新的應(yīng)力集中區(qū)。
4.實(shí)例驗(yàn)證
對(duì)檢測(cè)合格后的螺紋進(jìn)行配合試驗(yàn)，驗(yàn)證軸頭螺母和半軸套管再制造螺紋的配合效果。將與套管螺紋配合的軸頭螺母(M64)，從套管螺紋初始端緩慢旋入，如圖8a、8b所示。
圖8再制造螺紋配合試驗(yàn)試驗(yàn)證明，再制造螺紋連接性能可靠，大螺母順利旋人套管螺紋根部，電火花沉積有效恢復(fù)了受損螺紋的配合效果。
5.結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述一系列實(shí)驗(yàn)，研究了半軸套管損傷區(qū)域電火花沉積再制造螺紋的表面、近表面質(zhì)量和應(yīng)力分布情況，并進(jìn)行了再制造螺紋配合實(shí)例驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：
(1)電火花沉積工藝效率高，具備很好的適應(yīng)性，能夠有效實(shí)現(xiàn)半軸套管螺紋損傷的再制造。
(2)再制造螺紋質(zhì)量良好，與基體結(jié)合可靠，沒(méi)有裂紋、夾雜、氣孑L等沉積缺陷的存在。
(3)再制造螺紋區(qū)域的應(yīng)力分布比較平緩，未出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，電火花沉積過(guò)程未引入新的應(yīng)力集中區(qū)。
(4)再制造螺紋能夠與軸頭大螺母進(jìn)行配合，M64的大螺母順利旋入套管螺紋根部，達(dá)到了螺紋設(shè)計(jì)要求。
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