疲劳试验在活塞销断裂故障分析中应用.pdfVIP

疲劳试验在活塞销断裂故障分析中的应用 魏世云 杨明明 （云内动力股份有限公司理化室，昆明650224 ） 据市场反馈，从 2011 年 2 月至今，A 活塞销有限公司生产的活塞销装配在我公司的 各型柴油机上已出现了多台断裂故障，详见附件《活塞销断裂问题统计》。而同期 B 汽车零 部件有限公司生产的活塞销在我公司生产的发动机上未出现 1 台断裂，由于 B 活塞销占我 公司装机份额的 30%，由市场表现推断：A 活塞销有限公司生产的活塞销在此期间与 B 活 塞销相比存在着较大的质量差异。 作为材料工作者，为查找活塞销断裂的具体原因、提升质量控制手段、同时也为新设 计的机型提供材料数据，基于曲轴疲劳试验的成功经验，我们萌生了对活塞销进行弯曲疲劳 试验的想法并在有关领导的支持下以予实施，具体介绍如下： 一、 实验目的： ① 机械零件在循环交变应力的作用下引起的断裂称为疲劳断裂，据统计，在机械构 件的断裂失效中，疲劳断裂所占的比例最高，达 70% 以上。活塞销在工作过程中 所承受的应力是不断循环交变的，其断裂原因为疲劳强度不足所引起的可能性极 大； ② 通过对大量的失效 A 活塞销断口分析，发现其断口疲劳辉纹非常明显，显示绝大 多数断裂为疲劳断裂。初步判定失效活塞销存在疲劳强度满足不了实际要求的情 况。 ③ 对承受交变载荷的零件而言，与其他理化试验方法相比，疲劳试验与零件的工作 条件更接近，更能揭示零件内在质量的本质，可以将其称之为直接质量，而其他 质量指标如化学成分则为间接质量。例如：公司曾规定 100、102 系列柴油机增压 或增压中冷机型只能装本公司氮化的曲轴，而本溪氮化的曲轴只能装在自然吸气 的机型上。这是由于疲劳试验证明由于工艺方法的差异，本公司氮化的曲轴疲劳 强度高于本溪氮化的曲轴，但若只检测金相则不能发现它们之间的差异。 ④ 许多有实力的公司除曲轴外还对发动机上的许多零件如连杆、齿轮、螺栓、弹簧 等进行疲劳试验，他们虽然不如曲轴疲劳试验方法成熟，形成行业标准，但都在 各自的公司内对质量控制、工艺改进、失效分析中发挥着重要作用，形成了各自 的核心竞争力。对活塞销进行疲劳试验是朝着这一方向迈出的偿试性一步； ⑤ 在产品开发过程中或质量故障分析时常要对零件的应力状态、安全系数进行分析、 计算，但要计算准确必须要有准确的材料许用应力数据，这一数据的获取通常都 是通过查材料手册得出，但材料手册提供的是标准试样的数据，当制成零件后由 于热处理状态以及尺寸的变化有时与标准试样得出的数据出入较大。因此由零件 测出的疲劳数据对产品开发也具有重要意义。 ⑥ 为了排出活塞销断裂是否与其它相关零件有关，特别是为了排出铝活塞销孔部位 （感觉铰为薄弱），是否会因为铝活塞销孔部位断裂而引起活塞销脱出，发生断 裂？我们对整个活塞、连杆、活塞销系统进行了相关试验。 - 86 - a、系统拉力试验 断裂部位：活塞燃烧室穿螺栓处发生断裂，其它部位完好。 b 、系统压溃试验 试验结果：在非常大的压力（310KN ）下，连杆发生弯曲，试验装置弹出，活塞、活塞销完 好。 整个系统的拉、压试验均显示：在加一个静载荷的情况下，活塞、连杆首先发生破碎，铝活 塞销孔部位和活塞销均完好。说明在一个静载下，铝活塞销孔部位不会首先发生断裂，活塞 销发生脱出断裂的可能性很小。 二、试验方法： 由于没有专门的活塞销试验方法及标准，通过摸索和反复试验，确定了试验弯矩的选择， 并对夹持长度、夹持力进行了规范，保证对比试验在相同的条件下进行，包括同一台试验机、 同样的试验弯矩、同样的夹持长度、同样的夹持力。试验在DXP-50 曲轴疲劳试验机上进行， 试验方法采用与曲轴弯曲疲劳试验相同的方法，只是将零件的夹持部分进行修改使其能夹持 活塞销，设计制作了专门的夹具，如下图所示：