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【案例】细长轴类件弯曲变形,原因竟是残余应力

发布时间:2019/12/24

前言:

本期案例中,客户是某加工制造企业,在加工某个细长轴锻件发现,锻件毛坯粗车时外圆径向圆跳动正常,而在随后精车、切槽后检测径向圆跳动,发现轴类件产生变形。本来要求精车切槽后各外圆跳动应小于0.04mm,然而精车切槽后外圆径向圆跳动量超工艺要求,严重的甚至有0.20mm。

 

由于检测不合格率过高,已经超过加工允许误差的范围,导致该批次生产的1/3的轴类件因精加工不合格而成为废品,严重影响了车间生产的正常进行。为寻找出工件变形原因,客户邀请到北京翔博科技的技术人员到现场检测。

 

为保护客户机密,以下内容中企业名及工件名称、材质全部模糊处理,但案例真实有效。

项目名称:某轴类件残余应力检测评价项目

企业名称:西安某加工制造公司

存在问题:该轴类件在经过精车切槽后产生变形,径向圆跳动量严重超差,造成工件成为废品。

 

原因分析:

通过现场初步分析,导致该二轴加工不合格的直接原因是该轴长径比较大,加工时发生了弯曲变形,从而导致外圆的径向圆跳动检测不合格。

 

而在此之前,该企业的技术人员已经针对轴类件弯曲变形的工序进行了逐步排查。在排除了原料、加工工序、等温正火、硬度等因素后,客户怀疑问题出在校直环节。

 

为了进一步验证该推论,北京翔博科技的技术人员进行了现场检测及评估。

 

解决方法:

使用无损检测X射线方法,对不同工序的轴类件进行残余应力检测评价,研究各工序状态的应力分布,分析影响工件变形的关键工序环节,以配合加工工艺优化和解决变形问题,提高产品质量。

 

检测结果:

通过检测,发现该轴类件在毛坯阶段应力值比较均匀,但在随后的校直环节,应力值出现大峰值波动。原来,该轴类件等温正火后需进行校直,而校直方法主要是在毛坯弯曲部位的反方向,利用校直机向下施加力,从而达到校直目的。

 

由校直引起的相邻晶粒的位向的不均匀变形,使工件内部出现了相互平衡的内力,这些内力在变形终止后,仍然继续保留在工件内部,即成为残余应力,对后续机加工产生了不良影响。

 

后续处理:

校直虽然减少了零件弯曲,但也在零件内部保留了残余应力,如果不消除,会在后续的加工中引发新的变形。

 

考虑到该轴类件在以往生产中并没有出现大批次不合格产品,可能是因为不同批次的校直量大小不同所致。毛坯弯曲变形小,说明校直引发的残余应力较小,因此建议客户将工件校直后在库房中放置一段时间,释放零件内部的残余应力。但鉴于客户的工件急于交付,最终采用北京翔博科技的频谱谐波时效进行了残余应力的均化,最终解决了变形问题,并很好地保证了后续生产。