滑塊套內孔滲氮層深度不合格的分析與處理

□ 孟凡亮

海軍裝備部 山西侯馬 043003

1 存在的問題

某產品的滑塊套為氣缸體中的部件,內孔直接與活塞接觸,內孔表面要求滲氮處理?；瑝K套結構如圖1所示,壁厚為1.65 mm,為典型薄壁類零件,尺寸公差精度為0.025～0.16 mm,材料為合金結構鋼,在滲氮及加工過程中容易產生變形,加工難度大。

在某發動機參與功率試驗后,分解發現1號缸對應的活塞部件異常磨損,3號缸對應的活塞部件輕微磨損。為了分析原因,將滑塊套拆下,對滑塊套的兩個截面進行解剖,復測硬度和滲氮層深度,解剖及內孔檢測位置如圖2所示?；瑝K套圖紙要求內孔滲氮層深度為0.2～0.3 mm,表面維氏硬度(HV)不小于710。經檢測發現,1號缸中壓裝的滑塊套內孔滲氮層深度和硬度均不合格,3號缸中壓裝的滑塊套內孔滲氮層深度和硬度局部不合格,具體檢測結果見表1。

2 工藝分析

根據滑塊套加工的工序,分析認為滲氮層深度不合格的主要原因與滲氮前內孔的加工、滲氮過程,以及滲氮后的內孔加工有關,因此從滑塊套滲氮前后內孔加工和過程控制兩個方面進行考慮,對可能造成滲氮層深度不合格的環節進行分析。滲氮層深度不合格原因分析如圖3所示。

表1 滑塊套內孔硬度、滲氮層深度檢測結果

3 原因

通過對影響因素確認,排除機加工操作人員發生變化、機加工設備與工藝不符、機加工工藝規程發生變化、檢測量具不合格、滲氮前內孔尺寸偏小、滲氮操作人員發生變化、滲氮設備與工藝不符、滲氮工藝規程發生變化、未嚴格執行滲氮工藝、滲氮使用氨氣不合格、試樣與產品滲氮層深度不一致共11項因素。通過對解剖后的滑塊套硬度、滲氮層深度檢測值進行分析,從滲氮后內孔脹量的角度得到三個結論。

第一,1號缸中壓裝的滑塊套內孔截面1滲氮層深度不合格,但滲氮層深度均勻。

第二,3號缸中壓裝的滑塊套內孔截面1滲氮層深度不合格,但滲氮層深度均勻。

第三,表1中滲氮層深度和滲氮層硬度對應關系一致,滲氮層深度越深,滲氮層硬度越高,而且表1中各值均符合滲氮層硬度梯度曲線。

對表2內孔尺寸檢測結果分析,滲氮后滑塊套內孔會脹大,滲氮后內孔尺寸最小為φ34.71 mm,最大為φ34.79 mm,滲氮前內孔尺寸最小為φ34.65 mm,最大為φ34.68 mm,由此可以計算出滲氮后滑塊套內孔尺寸脹大了0.03～0.14 mm。

由此可見,1號缸滑塊套內孔截面1和3號缸滑塊套內孔截面1表面滲氮層維氏硬度(HV)低于710的原因為滑塊套滲氮后內孔尺寸部分偏小。

另一方面,通過對解剖后的滑塊套硬度、滲氮層深度檢測值分析,得到滲氮后內孔變形的兩方面結論。

第一,截面2中滲氮層深度不均勻,說明1號缸中滑塊套內孔截面2存在變形。

第二,3號缸滑塊套內孔截面2滲氮層深度內孔檢測點1和內孔檢測點4合格,內孔檢測點2和內孔檢測點3不合格,滲氮層深度不均勻,說明3號缸滑塊套內孔截面2存在變形。

表2 滑塊套滲氮前后內孔尺寸檢測結果

由表2可以看出,滲氮后滑塊套內孔存在變形現象,內孔變形量最大為0.07 mm。產品圖紙最終要求的是內孔滲氮層深度,為了保證內孔滲氮層深度,工藝安排以內孔為基準進行滑塊套加工,按照滲氮后加工外圓的工藝方法,將滑塊套裝入小錐度芯軸上,采用兩頂裝夾磨外圓。若內孔存在變形,會造成滑塊套裝入芯軸時內孔最小處接觸到芯軸表面,內孔最大處接觸不到芯軸,導致外圓磨削時圓周方向加工量不一致或中心偏移。磨內孔的工藝方法為以磨削完成的外圓為基準,進行內孔磨削,外圓的中心偏移會影響內孔中心,進而造成內孔磨削量不均勻,使滲氮層深度不均勻,出現3號缸滑塊套內孔截面2滲氮層深度不均勻的現象。由此可見,3號缸滑塊套內孔截面2滲氮層深度不均勻的原因為滑塊套內孔變形大。

根據對整個加工過程進行分析,確定了滲氮后滑塊套內孔機加工余量過大及滲氮后內孔存在變形為滑塊套內孔滲氮層深度不合格的主要原因。

4 應對措施

經過生產驗證,對后續的30件滑塊套按照應對措施執行,滲氮后內孔尺寸均大于φ34.76 mm?；瑝K套加工為成品后,檢測內孔滲氮層深度,對比原有的滲氮層深度合格率96.92%,內孔滲氮層深度合格率達到了100%。

5 結束語

筆者針對滑塊套內孔滲氮層深度不合格問題,對滑塊套的加工工序及裝夾方法進行分析,對解剖后的滑塊套硬度、滲氮層深度進行檢測,得出造成滑塊套內孔滲氮層深度不合格的原因為滲氮后內孔機加工余量大及滲氮后內孔存在變形。從影響程度分析,滲氮后內孔機加工余量大,會導致滲氮后內孔磨削量增大,使剩余的滲氮層深度變淺。滑塊套滲氮后內孔存在變形,造成滑塊套內孔表面局部磨削量偏大,導致內孔滲氮層深度不均勻。通過分析可見,兩者對內孔滲氮層深度都有較大影響。根據原因分析,確定減小滲氮后內孔磨削量及減小滲氮前內孔加工變形的對應措施,最終使滑塊套內孔滲氮層深度的合格率由96.92%提高至100%,使問題得到有效解決。