法蘭面螺栓表面貫穿性條紋來源分析與預(yù)防

張衛(wèi)新，盧俊宏，張玄冰，鄔啟寅，陳 超，劉 姣

（浙江華遠(yuǎn)汽車零部件有限公司，浙江 溫州 402260）

貫穿性條紋是指螺栓表面延螺紋、光桿或頭部縱向延伸的一條細(xì)直線。2018年，作者擔(dān)任重慶某標(biāo)準(zhǔn)件熱處理工程師期間，發(fā)現(xiàn)冷鐓成型過程中，法蘭面螺栓表面縱向延伸一條細(xì)直線，且比例達(dá)到80%，作者與公司領(lǐng)導(dǎo)及員工一起參與了整個分析過程，并判斷裂紋源。

1 法蘭面螺栓貫穿性條紋現(xiàn)象

2018年8月16日—17日，冷鐓車間先后使用改制批號18-033807033、18-0304008、18-0304009、18-0304013的SCM435成品絲，冷鐓法蘭面螺栓后，宏觀觀察，約80%冷鐓出的產(chǎn)品表面有貫穿性條紋。選取盤料18-033807033冷鐓后的產(chǎn)品，金相下觀察光桿處深度8絲，寬度4絲，法蘭面圓周深度11絲，寬度26絲。六角法蘭面螺栓表面條紋如圖1所示。

圖1 六角法蘭面螺栓表面條紋

2 貫穿性條紋原因分析

冷鐓車間使用春日機床C134L-03冷鐓成型六角法蘭面螺栓，產(chǎn)品件號09103-12016-S345，規(guī)格M12 mm×1.25 mm×80 mm，生產(chǎn)過程中，連續(xù)4架料成型出來的產(chǎn)品表面出現(xiàn)條紋，盤料的改制批號為18-033807033、18-0304008、18-0304013、18-0304009。使用改制批號為18-0304031、18-0304014、18-0304032的盤料，操作工反饋沒有發(fā)現(xiàn)明顯條紋，產(chǎn)品生產(chǎn)批號為180818451、180820451。7個改制批次產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，使用相同冷鐓模具。材料改制信息如表1所示。其中，模具2-12.3-9定徑帶有明顯的一條劃痕，模具2-12.3-12定徑帶未發(fā)現(xiàn)明顯劃痕，但導(dǎo)向區(qū)存在磨損，拉絲模具狀態(tài)如圖2所示。定徑帶存在劃痕后，會在材料表面形成連續(xù)凹坑，劃痕模具拉絲狀態(tài)如圖3所示。

圖2 模具狀態(tài)

圖3 劃痕模具拉絲狀態(tài)

對表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同一拉絲模具生產(chǎn)出不同狀態(tài)盤料，可以推出模具不是造成貫穿性條紋的直接來源。不同爐號的材料也存在明顯的貫穿性條紋，也不能排除模具對其影響程度。即使在操作工未發(fā)現(xiàn)表面凹坑的三種改制批號的產(chǎn)品表面上，也發(fā)現(xiàn)了貫穿性條紋，流轉(zhuǎn)產(chǎn)品表面條紋如圖4所示。

表1 材料改制信息

圖4 流轉(zhuǎn)產(chǎn)品表面條紋

通過對已有的數(shù)據(jù)分析后，本文主要從原材料、粗拉料潤滑狀態(tài)、模具使用狀態(tài)三個因素進(jìn)行試驗，并經(jīng)過冷鐓后產(chǎn)品表面狀態(tài)分析后，給出材料潤滑、模具對凹坑的影響程度。

3 實驗

3.1 實驗準(zhǔn)備及工藝路線制定

試驗選用寶鋼材質(zhì)SCM435毛料，規(guī)格Φ14 mm，爐號18346369和18346370各5架料，工藝路線：Φ14 mm→潤滑→粗拉Φ12.3 mm→退火→磷皂化→精拉Φ11.62 mm。使用同廠家的兩種爐號的材料、兩種粗拉潤滑、兩類12.3的模具生產(chǎn)出對比盤料，其中粗拉以后的工序為同種因素，3因素4水平如表2所示。模具2-12.3-11如圖4所示。

3.2 毛料表面狀態(tài)

選用的十盤毛料進(jìn)行編號，改制批號及對應(yīng)試驗方式如表3所示。對材料進(jìn)行煮酸后觀察材料表面，表面存在凹坑深度2~6絲，18-0311819存在10絲的凹坑，且凹坑在材料表面對稱性的存在，冷鐓產(chǎn)品法蘭面螺栓表面凹坑也是對稱性存在，可以推出凹坑來源于原材料。毛料表面條紋及金相橫切面如圖5至下頁圖14所示。

表2 3因素4水平

圖4 模具2-12.3-11

表3 改制批號及對應(yīng)試驗方式

圖5 毛料18-0311812

圖6 毛料18-0311961

圖7 毛料18-0311816

圖8 毛料18-0311819

圖9 毛料18-0311908

圖10 毛料18-0311956

圖11 毛料18-0311818

圖12 毛料18-0311821

圖13 毛料18-0311950

圖14 毛料18-0311902

圖15 原材料表處理

3.3 粗拉材料

3.3.1 潤滑材料外觀

原材料進(jìn)行石灰潤滑與磷化潤滑，原材料表處理狀態(tài)如圖15所示，從外觀上看，磷化料表面要好于石灰料。

3.3.2 三因素四水平粗拉后外觀

對4種水平的粗拉料進(jìn)行外觀觀察，模具2-12.3-12粗拉后的石灰料表面凹坑最明顯。粗拉表觀如圖16所示。

3.4 冷鐓產(chǎn)品

圖16 粗拉表觀

選取其中4種狀態(tài)的盤料生產(chǎn)的冷鐓產(chǎn)品，表面都存在貫穿性劃痕，4水平產(chǎn)品外觀如圖17所示。18-0311956、18-0311812使用冷鐓機臺134L-4生產(chǎn)螺栓JQ184B12103TF6Ah，M12 mm×1.25 mm×103 mm；18-0311961使用冷鐓機臺19B4S-01生產(chǎn)螺栓JQ184B1233TF6FoS，M12 mm×1.25 mm×33 mm；18-0311818使用冷鐓機臺134L-3生產(chǎn)螺栓09103-12027 M12 mm×1.25 mm×65 mm。

圖17 4水平產(chǎn)品外觀

4 結(jié)果分析

4.1 凹坑來源

兩種爐號的十個批次的盤料取樣煮酸觀察，都存在對稱性的凹坑，深度主要集中在2～6絲，在軋制的過程中已經(jīng)形成。

從鋼材表面缺陷上判斷為劃傷，主要特征是沿軋制方向上縱向的細(xì)長凹下缺陷，其形狀和深淺、寬窄隨產(chǎn)生的原因不同而異。產(chǎn)生原因：它是由于鋼材的氧化鐵皮、金屬顆粒或其他異物積聚在導(dǎo)衛(wèi)裝置內(nèi)，與高溫高速的軋件接觸而刮傷，或由于導(dǎo)板安裝不當(dāng)及其異常損耗，保養(yǎng)不好等。劃傷如圖17所示。導(dǎo)衛(wèi)裝置如圖18所示。

圖17 鋼材表面劃傷

圖18 導(dǎo)衛(wèi)裝置

4.2 表面劃傷原因分析

4.2.1 軋制線偏離

生產(chǎn)線中軋輥磨損、部分機架出現(xiàn)走位，以及進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)、過橋的磨損，會導(dǎo)致軋件在運行過程中與軋制線偏離，與某些位置接觸劃傷。

4.2.2 軋件翹頭及側(cè)彎

鋼坯加熱不均勻、輥面磨損不均勻、進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)栽頭、軋槽未對正等，軋件會在軋機出口處產(chǎn)生頭部上翹或側(cè)彎的現(xiàn)象。在進(jìn)入下一道軋機時，會沖擊進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)，造成軋件上表面劃傷。

4.2.3 活套裝置

活套是為了實現(xiàn)無張力軋制，以保證成品尺寸精度。活套起套輪存在卡阻或者爆死，張力調(diào)節(jié)時產(chǎn)生嚴(yán)重拉鋼或者堆鋼，會導(dǎo)致軋件接觸前一機架的出口導(dǎo)衛(wèi)或下一機架的入口導(dǎo)衛(wèi)的底板或活套壓套輥的底板，形成滑動摩擦，則會劃傷軋件下表面。

4.2.4 導(dǎo)衛(wèi)、導(dǎo)槽等積渣或磨損嚴(yán)重

1）機架間的過橋。相鄰軋機軋制線偏差，軋件在過橋中滑動摩擦側(cè)板或下底板，過橋內(nèi)表面有粘附氧化鐵皮或焊瘤或其他凸起，必然會劃傷軋件接觸表面。

2）飛剪后的導(dǎo)槽。飛剪剪刃及其前面導(dǎo)槽水平中心線與前一機架軋機軋槽水平中心線發(fā)生較大偏移，軋件與飛剪后導(dǎo)槽外側(cè)側(cè)板有滑動摩擦，導(dǎo)致軋件外側(cè)嚴(yán)重劃傷。

3）高速區(qū)的空過導(dǎo)槽長時間不更換，內(nèi)徑磨損變大，軋件與軋制線偏離，若導(dǎo)槽內(nèi)存在硬物或缺陷，形成軋件劃傷。

5）吐絲機前夾送輥進(jìn)出口磨損嚴(yán)重，造成軋件走偏，直管段倒角不當(dāng)，易導(dǎo)致軋件表面劃傷。

6）吐絲盤螺旋彎管磨穿，與軋件表面增加摩擦，造成劃傷。

4.3 改制生產(chǎn)過程對已有劃傷的影響

對兩種爐號的十架試驗毛料，在金相下測量劃痕深度，爐號18346369平均深度37.2μm，爐號18346370平均深度31.7μm。隨機抽選四個水平盤料的冷鐓法蘭面螺栓，金相下測量螺栓表面劃痕深度；法蘭面圓周邊緣，18-0311956深度22.5絲，18-0311818深度不明顯，18-0311812深度6.3絲，18-0311961深度28.1絲；螺栓光桿處，18-0311956深度3絲，18-0311818深度不明顯，18-0311812深度不明顯，18-0311961深度5絲。原材料都存在表面劃痕，試驗結(jié)果與試驗工序?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，對劃痕的影響程度中，石灰潤滑要大于磷化，在三個因素中，模具又是影響最大的因素。四種狀態(tài)的產(chǎn)品中，產(chǎn)品表面凹坑深度、寬度全部符合《GB/T 5779.3—2000緊固件表面缺陷螺栓、螺釘、螺柱特殊要求》的規(guī)定。螺栓法蘭面凹坑如圖19所示。試驗數(shù)據(jù)對比分析如表4所示。

圖19 螺栓法蘭面凹坑

5 軸向劃傷的預(yù)防措施

5.1 標(biāo)準(zhǔn)件廠控制

5.1.1 入廠前檢查盤條表面應(yīng)光滑，不應(yīng)有裂紋、折疊、結(jié)疤、耳子等對使用有害的缺陷，允許有壓痕及局部的凸塊、凹坑、劃痕、麻面、發(fā)紋，但其深度或高度（從實際尺寸算起）應(yīng)不大于0.10 mm。

表4 試驗數(shù)據(jù)對比分析

5.1.2 拉絲控制

粗拉材料表面使用磷化，或者更好的潤滑劑。拉絲模具導(dǎo)向區(qū)定期檢查，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，要及時更換新模具。在拉絲過程中，也要避免盤料長時間放置出現(xiàn)紅銹，拉絲粉消耗完后及時補充，并保持拉絲粉的清潔度。

5.1.3 產(chǎn)品控制

總的來說，現(xiàn)有的支出結(jié)構(gòu)中，中央政府承擔(dān)的支出責(zé)任過少，這在無形中增加了地方支出責(zé)任，由此帶來的必然是城鎮(zhèn)化進(jìn)程中資金缺口的不斷擴大。如果考慮中央對地方的轉(zhuǎn)移支付數(shù)額，從短期看可能還勉強維持一些地方的財政運轉(zhuǎn)，從長期來看，制度上的缺失才是數(shù)值掩蓋下的風(fēng)險所在。轉(zhuǎn)移支付制度不規(guī)范，只能是彌補一定情況下的地方財力不足；事權(quán)和支出責(zé)任劃分不清晰、模糊、隨意，帶來的卻是支出責(zé)任不斷在地方積聚，進(jìn)而無法摸清地方政府實際應(yīng)該承擔(dān)的支出責(zé)任、所需財力的數(shù)額，再加上主體稅種的缺失，缺乏準(zhǔn)確的資金預(yù)算，最后帶來的是政府無序的支出擴張，不斷高筑的債臺，地方債務(wù)危機風(fēng)險走向失控的境地。

根據(jù)GB/T 5779.3—2000的要求規(guī)定，裂紋或條痕的極限深度：≤0.015d+0.1mm（最大值為0.4 mm）。

法蘭面圓周上的鍛造爆裂不應(yīng)超過下列極限：鍛造爆裂寬度為≤0.08dc；鍛造爆裂深度為≤0.04d；d為螺紋直徑；dc為法蘭面直徑。

5.2 鋼廠控制

鋼材軋制時，為預(yù)防軸向劃傷，可以從以下幾點出發(fā)：

1）定期檢查軋輥水平度，輥槽嚴(yán)格對正軋槽，對磨損嚴(yán)重的導(dǎo)衛(wèi)及過橋及時更換。

2）出爐鋼坯上表面的溫度比下表面偏高30℃，輥面及時冷卻，減少上下輥徑偏差，及時更換磨損嚴(yán)重的軋槽。

3）準(zhǔn)確設(shè)定活套高度基準(zhǔn)值，活套裝置兩側(cè)壓送輥前設(shè)置輔助水平導(dǎo)向輥，及時更換磨損嚴(yán)重、卡死的導(dǎo)輪。

4）軋機間過橋裝置架設(shè)輔助輥，飛剪前后的導(dǎo)槽增加立輥和水平輔助輥，吐絲機前夾送輥進(jìn)出口檢查，直管導(dǎo)為圓角，吐絲管厚度定期測量。

6 結(jié)論

1）原材料劃痕深度控制在10絲以內(nèi)，材料表面潤滑充分，拉絲模具導(dǎo)向區(qū)不出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。

2）高速線材生產(chǎn)過程中，控制鋼坯上表面溫度高于下表面溫度30℃。

3）對積渣磨損嚴(yán)重的導(dǎo)衛(wèi)及時清理及更換，緊固導(dǎo)衛(wèi)固定螺桿；減少上下輥徑偏差，對磨損嚴(yán)重的軋槽進(jìn)行更換。