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锥形弹簧垫片为什么会断裂失效?锥形弹簧垫片断裂失效原因分析

发布者:厦门力常弹簧秒速时时彩  发布时间:2019-04-27 14:25
 无论是弹簧垫片还是碟簧垫片都广泛应用于机械、车辆、铁路、船舶、桥梁、建筑等多个行业遥弹簧垫片与螺栓螺母配合使用,具有减震防松动的作用。因其受力情况复杂,在震动或交变载荷作用下,极易发生疲劳断裂。近年来,由于弹簧垫片的疲劳失效所引发的事故频频发生,造成了重大的生命和财产损失。因此,对于弹簧垫片的疲劳失效原因分析及对策的探讨越来越受到人们的关注。

下面厦门力常弹簧秒速时时彩将为大家分析锥形弹簧垫片断裂失效的原因:

 1 试验过程与结果

  1.1 断裂位置与断口形貌

  图1(a)为使用后断裂损坏的垫片,断裂位置为两处,分别为沿着垫片轴向断面完全断开,无论是表面还是断口均严重锈蚀,在超声波振动清洗仪中清洗断口后,获得低倍扫描电镜断口形貌(1(b))。从图可以看出,断口存在疲劳裂纹的扩展区(A )和瞬间断裂区(B)。瞬间断裂区面积相对较小,说明该垫片是在较低应力的作用下产生的疲劳断裂。

  1.2 金相组织尧成分和显微硬度

  图2 为断裂垫片的金相组织图。其组织为正常的回火屈氏体组织,符合弹簧钢的热处理组织特征。用能谱仪对垫片的化学成分进行分析,其结果符合弹簧钢的相关要求。对断裂垫片的裂纹两侧进行显微硬度检测,发现垫片自外圆柱表面至内圆柱表面硬度值分布较平稳,外圆柱面未见表面处理后的加工硬化特征。由此可见,该垫片经过冲裁工序后外圆柱面未进行表面磨光或抛丸处理,垫片的硬度梯度如图3所示。

  1.3 垫片外表面形貌

  图4(a)为未使用垫片低倍扫描电镜照片,垫片外圆柱面不光滑,分布着大量的小凹坑,说明垫片在使用前表面就存在着凹坑等缺陷。图4(b)为使用后断裂垫片的外圆柱面形貌,表面锈蚀严重。由此可推断,该垫片冲压成型后未进行去锈抛丸处理,而且表面防锈涂层的防锈效果也不明显。

  图5为垫片底面研磨后的形貌。图上面为垫片的外圆,发现垫片外圆柱面质量较差,存在凸凹不平的缺陷,如图5(a)箭头所示遥进一步观察还发现了由外表面向内部延伸的微裂纹,如图5(b)箭头所示。

  大量实验发现袁新垫片的外圆柱面光亮带较小,图6 (a) 中两条线之间所示区域为冲裁断面的光亮带,可见光亮带不足1mm遥在已断裂垫片中选择锈蚀程度较轻的部分进行观察,发现绝大多数已断裂垫片的冲裁断面均不存在光亮带。图6(b)为已断裂垫片的外圆柱面典型形貌(照片下侧为垫片底面)

  2 分析与讨论

  大多数垫片的断裂位置与断口形貌基本相同,均沿着垫片的截面方向断裂袁严重的断裂为3 段,并完全断开遥分析后断定,裂纹是由垫片下表面的外缘处开裂,并向内延伸遥垫片在装配使用过程中,下表面外缘处承受较大拉应力,所以裂纹优先在此部位的缺陷处形成。从垫片的断口形貌可以看出,疲劳裂纹扩展区和瞬间断裂区,瞬间断裂区较小,由此可推断该垫片处于较低应力的工作状态,断裂类型为低应力疲劳断裂。

  一般情况下,合理冲裁件的断面分为4 个区域院圆角区尧光亮带尧剪裂带和毛刺遥光亮带表面光滑,质量好遥剪裂带,表面粗糙并带有斜度,质量较差[1]。在冲裁过程中,间隙合理时,光亮带约占板料厚度的1/31/2,圆角区尧剪裂带尧毛刺均较小。间隙过小时,冲裁断面出现二次剪切现象,容易在第二光亮带(即二次剪切面)产生潜裂纹或夹层缺陷。另外袁圆角带尧剪裂带均减小,而毛刺较长。间隙过大时,光亮带减小,圆角带尧剪裂带和毛刺均增大,断面质量较差[1-2]。实验中无论是使用前或使用后断裂的垫片,其共同特点是光亮带小,甚至没有光亮带(6)。剪切带和毛刺区均较大,占断面的2/3 以上。剪切带粗糙度很高,与毛刺共同导致严重的微区应力集中,成为疲劳破坏的关键因素。

  从垫片的外观形貌和显微硬度检测结果进一步验证,垫片冲裁后未进行表面磨光或抛丸处理,外圆表面粗糙度和毛刺等未被处理,这是导致疲劳断裂的又一重要因素。文献[3-4]表明,疲劳裂纹源容易在应力集中的缺陷处产生,并形成微裂纹,随后微裂纹在循环载荷作用下逐渐扩展,最终导致疲劳断裂。

  3 结论

  (1) 锥形弹簧垫片的断裂类型为低应力疲劳断裂。

  (2) 冲裁间隙过大袁导致垫片光亮带过小,剪切带和毛刺显著增大,表面质量较差。

  (3) 冲裁后未进行磨光或抛丸处理,表面缺陷未得到消除,粗糙度较大。

  (4) 外表面缺陷在拉应力最大的下表面外缘处产生疲劳源,并在交变载荷作用下逐渐扩展,最终疲劳断裂。

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