活塞杆断裂的问题

cloudpeng

$ V, e" X; c% A& V' B
. M* i+ n7 O4 L活塞杆断裂。材质为40Cr,调质处理。直接上图。
需要写断裂原因的分析报告，以及改善措施。

$ p( `; h4 v8 j1 s' E

CAD图

活塞端

活塞杆端

金相图一

6 F8 R' u, B: w, I7 h

金相图二

3 B1 W$ ]. y/ {$ q; |/ C& G
% U- U9 ^4 H9 k' \
) }  j5 H( z: Y. j; Z
$ K7 i1 D+ e2 K0 G

cloudpeng

材料问题很难说明清楚。查了一些低应力断裂的资料，还是弄不明白。

tangcarlos3d

+ G3 N% @! h4 \  x活塞杆只受拉、压应力怎么会断呢？
估计： 1. 活塞杆材料调质之前没有正火或没有锻造处理，造成原始材料晶粒较大造成淬火加热是晶粒粗大，淬火时回火不及时造成原始裂纹；2. 螺纹退刀槽尖角造成淬火裂纹。
解决办法：1. 材料正火后再调质，或锻造毛坯。2. 退刀槽底加圆角，或再加滚压处理。
( R2 g) w7 }  Q8 @8 W# H' q 晶粒是否粗大金相可以看出来。

cloudpeng

已经发生好几次类似的断裂了。断裂位置均相同，全部是在活塞杆与活塞结合位置的第一第二个螺纹的小径处。

tangcarlos3d

如果断裂的部位和相位完全相同的话，估计活塞与活塞杆之间有固定的偏心载荷。可检查一下活塞表面的摩擦情况。估计是盖子孔太大，或活塞间隙太小造成偏载。
如果没有偏载荷则建议磨削螺纹或滚压螺纹表面。

cloudpeng

tangcarlos3d 发表于 2013-11-16 17:11 static/image/common/back.gif
* M8 i. _% \6 w/ c- y. ^活塞杆只受拉、压应力怎么会断呢？
1 A7 y2 {7 w/ d3 D估计： 1. 活塞杆材料调质之前没有正火或没有锻造处理，造成原始材料晶 ...

基本上只受拉应力。
金相图已上，请大师说说自己的看法。

cloudpeng

tangcarlos3d 发表于 2013-11-18 08:44 static/image/common/back.gif
如果断裂的部位和相位完全相同的话，估计活塞与活塞杆之间有固定的偏心载荷。可检查一下活塞表面的摩擦情况 ...

缸体固定位有形变产生，可能会因此造成偏载。缸尾部变形约0.4mm以下。
螺纹为机加工车削而成。

tangcarlos3d

cloudpeng 发表于 2013-11-18 14:20 http://www.3dportal.cn/discuz/static/image/common/back.gif
4 o0 ^( e) u% c- `5 e缸体固定位有形变产生，可能会因此造成偏载。缸尾部变形约0.4mm以下。
螺纹为机加工车削而成。

另外锁紧螺母的螺纹要与其端面垂直，也就是要再一次装夹中车出来，另一端要与这端不一样（区分作用），安装时将第一面与活塞相贴，以减少螺纹不垂直所引起的偏载发生。
从金相看材料内部可能有夹杂物。

cloudpeng

原材料据了解，供应商只做了调质处理，估计调质前没做正火处理。这个不知道对断裂的影响是不是很大？
6 k% G8 i: Z# M: G+ P) R材料是一般的40Cr，供应商至今未能提供相应的材质证明和热处理工艺等资料。
  Q4 D" L9 l; B; b8 ]" O另外，图片上的金相组织（100x）的黑色物质，即非金属夹杂物，对断裂的影响多大？国家有没有相应的标准？
车削螺纹，确实加工的不太理想，目前也只是用通止规检验。目测有较明显的刀纹。
( h3 ]; q* Q0 Q4 f. ^
& G$ ^4 o, D7 k8 e9 Y( ?1 G, D
牙型较尖。

tangcarlos3d

cloudpeng 发表于 2013-11-18 17:50 static/image/common/back.gif
# u4 ^6 ?1 r9 m" d! f$ G原材料据了解，供应商只做了调质处理，估计调质前没做正火处理。这个不知道对断裂的影响是不是很大？
/ O4 u  {$ P" t1 P材料 ...

/ q8 m0 N; ^, `) r: _金相书籍：

cloudpeng

tangcarlos3d 发表于 2013-11-18 18:04 static/image/common/back.gif
金相书籍：

" {; W7 x& i9 K* y: ~谢谢指点。我找一找。
: q9 W. p5 F+ r估计三五天之内是不会有什么进展的。
继续请指点。

wwjxgz

断在同一部位，说明此处应力集中，建议从结构设计上考虑一下。
1 _; o& z6 ?6 E0 e- L8 J. \8 D关于材料，先了解原材料制造商是否是正规钢厂，确认原材料质量没问题。对于活塞杆受力件，建议还是用锻件较为合适。

cloudpeng

wwjxgz 发表于 2013-11-19 16:36 static/image/common/back.gif
断在同一部位，说明此处应力集中，建议从结构设计上考虑一下。
0 a& Z' [5 i( f/ I关于材料，先了解原材料制造商是否是正规钢 ...

8 ^* ], j9 x& F/ M, E5 J供应商至今未提供材质证明等相关资料。
/ u- Z( w. ~; t3 I2 D正考虑是否更改为锻件，将活塞与杆制成一体式。取消螺纹。

tangcarlos3d

cloudpeng 发表于 2013-11-20 08:05 http://www.3dportal.cn/discuz/static/image/common/back.gif
0 s8 h4 L/ R& n* A0 {: i供应商至今未提供材质证明等相关资料。
正考虑是否更改为锻件，将活塞与杆制成一体式。取消螺纹。

; B5 ], x7 t6 L) {5 ?2 \( t, ?供应商至今未提供材质证明等相关资料，即使提供了也不要过分相信。自己拿去做成份化验才是真是的结果。不对再找供应商索赔！
" ^) R( e! z5 z4 T+ \+ O我厂前段时间有一个产品是2mm45钢冷轧板，生产中发现不对（冲压折弯时裂纹）。化验后却是65Mn。

cloudpeng

tangcarlos3d 发表于 2013-11-20 12:33 static/image/common/back.gif
4 Q' t  H, L! M供应商至今未提供材质证明等相关资料，即使提供了也不要过分相信。自己拿去做成份化验才是真是的结果。 ...

; r; M, q" M# ]5 I) J- f! H) v供应商是不可以全信，但就这样一件小事，造假都不愿意的供应商，还有必要合作么？

cloudpeng

tangcarlos3d 发表于 2013-11-16 17:11 static/image/common/back.gif
1 D! W$ I) `+ t; L- w' z活塞杆只受拉、压应力怎么会断呢？
! @& R7 V# j2 Z) V, w估计： 1. 活塞杆材料调质之前没有正火或没有锻造处理，造成原始材料晶 ...

. v" [; f+ k1 c6 b已委托进行了金相，见上面的附图，请看看是否晶粒粗大？

xieyuanxu

  从断面纹路来看，材料应该没错，是40Cr，但从断面位置来看，断面正好与孔螺纹末端对齐，很明显是此处杆与孔形成台阶突变而导致此处应力变化突变。从断面纹路看，上半面晶粒粗大，下半面细粒，极有可能使杆在工作的时候产生偏载，这样在杆受弯曲力的情况下同时受到拉压力，这段部分就容易产生如图所示的断纹。我的建议是第一个，活塞内螺纹端口最好能倒一个圆角，分散其集中应力，二，连杆成型采用锻轧成型，使晶体紧密，增加其塑性和抵抗冲击载荷的能力，三淬火前正火处理。