滚丝轮加工的缺陷
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某厂在滚制加工一批滚丝轮时出现牙纹缺损、剥落不成型的现象,它既不是设备及加工问题造成的,也不是滚丝轮坯料表面质量(表裂、黑皮或加工缺陷)问题所致。分析此缺陷产生的原因是碳化物硬度高、脆性大,在滚制变形时受到挤压应力作用,同时由于大块碳化物密集分布,无塑性流动空间而互相挤压产生破裂、破碎,进而剥落造成滚丝轮牙纹缺损。




1 引言

滚丝轮是在滚丝机上利用金属塑性变形方法滚压出螺纹的一种工具(见图1),其牙纹加工一般有磨制和滚制成型两种方法。其中,滚制成型实际是滚丝轮使用过程的逆向加工方法,即采用滚丝柱(相当于螺栓)滚压滚丝轮坯料形成螺纹,属冷挤压变形。
图1 滚丝轮实物(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图2 滚丝轮牙纹缺陷实貌(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

某厂在滚制加工一批滚丝轮时出现牙纹缺损、剥落不成型的现象(见图2)。本文对此进行了失效分析,并提出解决方案。

2 金相分析

表1
规格总件数(件)产生问题件数(件)所用材料
φ155、M22×1.5×903016φ125、Cr12MoV
φ150、M30×3.5×8022φ120、Cr12MoV
φ150、M40×1.5×8064
产生问题的滚丝轮及用料情况见表1。牙纹缺损、剥落不成型情况集中在滚丝轮表面某局部区域。
经查验,滚丝机设备完好,加工工艺执行正常:滚丝柱尺寸精度合格,表面光洁无损伤。这批滚丝轮用料为某钢厂同炉号的φ120、φ125,Cr12MoV冷作模具钢棒料,共进货5000kg,材料复验合格。滚丝轮坯料是经改锻成形的锻件。
检测问题滚丝轮坯料硬度为220HB,在正常范围内:缺损、剥落牙纹断口表面无氧化、锈蚀等原始缺陷。对牙纹缺损处取样进行金相分析,在金相试样的浸蚀面上的滚丝轮表面牙纹部位有目视可见的一条弯曲白色亮带(见图3)。
图3 滚丝轮缺损牙纹处金相试样浸蚀面放大图(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
在金相显微镜下观察白色亮带实际上是一个密集的大颗粒碳化物带,缺陷牙纹处组织全部被大块碳化物占据,其中最大颗粒尺寸达55µm(见图4-图7)。
图4 缺陷牙纹处组织(密集大颗粒碳化物带40×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)


图5 缺陷牙纹处组织(密集大颗粒碳化物带40×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图6 缺陷牙纹处大颗粒碳化物密集分布(100×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)


图7 缺陷牙纹处大块碳化物(400×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
缺损牙纹表面处大块碳化物在滚制挤压变形应力作用下破碎、剥落(见图8):图9为完整成型牙纹处组织经滚制变形后的形态。密集的大颗粒碳化物带在滚丝轮表面沿轴向分布,与原材棒料轴向一致。
图8 大块碳化物破碎、剥落(400×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图9 完整成型牙纹处组织(40×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

滚丝轮用料进货复验结果符合GB/T1299-2000《合金工具钢》规定,距棒料表面5mm处碳化物不均匀度为3.5-4级(见图10和图11),未见大块碳化物堆积情况。
图10 φ120原材料表面碳化物分布(100×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图11 φ125原材料表面碳化物分布(100×)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

3 原因分析

滚丝轮滚制时,出现牙纹缺损、剥落不成型的现象既不是设备及加工问题造成的,也不是滚丝轮坯料表面质量(表裂、黑皮或加工缺陷)问题所致。分析此缺陷产生的原因是碳化物硬度高、脆性大,在滚制变形时受到挤压应力作用,同时由于大块碳化物密集分布,无塑性流动空间而互相挤压产生破裂、破碎,进而剥落造成滚丝轮牙纹缺损。
形成密集大块碳化物带的原因是钢厂冶炼的问题,如合金溶解不良、成分偏析、冷速不均等,造成钢锭表面局部产生缺陷组织,经锻轧在棒料表面呈带状分布。此组织缺陷在整批材料中是局部存在的(部分支料中),早期发现比较困难。表面密集的大颗粒碳化物带呈弯曲状是经改锻变形所致。

4 改进措施

  1. 联系钢厂,反馈情况,查明具体原因,解决问题,避免再产生此类材料缺陷。
  2. 加强进货复验,尤其是材料表面组织的检验。
  3. 在滚丝序之前的加工过程中注意观察和检查有无异常情况。
本文作者:汉江工具有限责任公司 王为民 陈谦 罗建平
原载:《工具技术》2016年5月号
上载于:2016-8-15 15:28:38

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