銅蝸輪是平地機(jī)核心零部件——蝸輪箱的重要零部件，負(fù)責(zé)將動(dòng)力傳遞至工作裝置，使之進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在這工作過(guò)程中，銅蝸輪會(huì)受到?jīng)_擊負(fù)荷，容易發(fā)生斷裂事故。

銅蝸輪的產(chǎn)品品質(zhì)，直接影響整機(jī)性能。目前市場(chǎng)反饋主要為銅蝸輪開(kāi)裂，平均故障時(shí)間約為250h，其中46%為100h以內(nèi)的早期故障，市場(chǎng)外反饋率為1.94%。銅蝸輪結(jié)構(gòu)形式為銅鐵合鑄，外層為銅內(nèi)層為鐵，通過(guò)鑄造將兩種材料連接在一起(如圖1)。

1銅蝸輪斷裂原因分析

經(jīng)采用目測(cè)及電子顯微鏡等手段，對(duì)銅蝸輪斷面進(jìn)行了分析研究(如圖2～圖4)。

對(duì)上列4張圖片作進(jìn)一步分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)銅蝸輪鑄造工藝不合理，鑄造品質(zhì)控制薄弱;

(2)鑄造應(yīng)力大，應(yīng)力釋放造成了從鑄造缺陷處斷裂。

2方案制定及實(shí)施效果

針對(duì)鑄造工藝不合理與鑄造品質(zhì)控制薄弱的問(wèn)題，采取改進(jìn)鑄造工藝，控制鑄造品質(zhì)的方案;針對(duì)鑄造應(yīng)力大，應(yīng)力釋放造成從鑄造缺陷處斷裂，采取熱處理去應(yīng)力及更改結(jié)構(gòu)形式兩種方案。

2.1改進(jìn)鑄造工藝、控制鑄造品質(zhì)

改進(jìn)鑄造工藝，對(duì)比不同鑄造工藝的鑄造品質(zhì)與應(yīng)力狀況，降低鑄造雜質(zhì)并改善銅鑄件的晶粒度。最終選擇鐵芯鑄造，加工好后，在鐵芯澆鑄銅時(shí)，采用離心鑄造的方法?？刂畦T造品質(zhì)，要求鑄造廠家每爐鑄件須提供規(guī)定形狀的試樣一件及檢驗(yàn)報(bào)告一份，并要求質(zhì)檢部門按規(guī)定頻次抽檢(圖6、圖7)。

3.2研究熱處理去應(yīng)力的可行性

根據(jù)金屬材質(zhì)制定固溶高溫時(shí)效與固溶中溫時(shí)效兩種熱處理方法，并跟蹤試驗(yàn)兩種方案。

(1)固溶高溫時(shí)效。加熱820～850℃，保溫3h，水冷，600℃退火。

(2)固溶中溫時(shí)效。加熱820～850℃，保溫3h，水冷，500℃退火。

經(jīng)過(guò)熱處理的銅蝸輪，在晶粒度方面均有提升，但通過(guò)破壞性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)銅蝸輪仍有開(kāi)裂的現(xiàn)象，可見(jiàn)熱處理能起到一定的效果，但尚不能完全滿足目標(biāo)的要求。

3.3研究更改結(jié)構(gòu)形式以減少應(yīng)力的可行性

原銅蝸輪結(jié)構(gòu)為銅鐵合鑄。在鑄造過(guò)程中，因銅與鐵的收縮率不一致，造成鑄造應(yīng)力大。為減少應(yīng)力，研究更改結(jié)構(gòu)形式為鑲嵌裝配式。將銅與鐵分別鑄造加工，通過(guò)配合與螺釘連接。經(jīng)破壞性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)銅蝸輪開(kāi)裂的比率有明顯下降。

3.4效果驗(yàn)證

通過(guò)無(wú)損檢測(cè)及溫度急劇變化的破壞性試驗(yàn)，確定改進(jìn)效果，改進(jìn)后的銅蝸輪自2010年后無(wú)品質(zhì)問(wèn)題反饋。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)鑄造工藝、控制鑄造品質(zhì)、熱處理去應(yīng)力與結(jié)構(gòu)形式的改變，可以有效地改進(jìn)銅蝸輪斷裂的品質(zhì)問(wèn)題。