摘要：本文介绍了飞附机匣封严皮碗内弹簧断裂的故障现象，对断裂的弹簧装配处的结构进行简要介绍，以分解检查情况、理化分析情况、工艺复查情况三方面为切入点，对可能产生弹簧断裂的故障逐一进行排查，最终确认导致故障产生的原因，并制定了相应的解决措施，杜绝了弹簧断裂故障的复现。
关键词：飞附机匣；封严皮碗；弹簧；断裂故障
1 故障现象
飞附机匣磨合试车后分解检查时，发现其中一根齿轮轴轴端的封严皮碗唇口处的弹簧断裂，弹簧在封严皮碗内的安装形貌如图1所示，弹簧断裂位置为弹簧小头变径位置，见图2。
2 结构介绍
损坏的弹簧所在的齿轮轴为起动机传动轴，皮碗一侧的齿轮轴无外接附件，另一侧通过花键轴连接起动机，但在厂内磨合试车时，起动机仅随机匣转动，无输入载荷，可排除外接附件对皮碗的影响，装配结构见图3。
图3 皮碗装配图
3 分解检查情况
分解检查发现齿轮轴处皮碗上弹簧断裂，检查与弹簧配合的封严皮碗无异常损坏情况，该处齿轮轴与封严皮碗配合处轴颈表面良好，与封严皮碗配合处轴颈的相关尺寸测量均合格，其余零组件检查均无异常。
4 理化分析
4.1 故障弹簧断口分析
对故障弹簧断口进行观察，电镜下断口形貌放大形态见图4。从图中可看出端口外圆周表面磨损较严重，断口源区为弹簧内径侧表面，断面扩展棱线清晰，可观察到疲劳条带特征，由断面扩展棱线汇集方向观察断口源区为弹簧内径侧表面。
图4 弹簧断口疲劳条带
4.2 化学成分分析
弹簧材料为1Cr18Ni9Ti，经过对故障件进行能谱成分分析，故障弹簧化学成分符合要求，见表1。
表1 材料能谱分析结果
5 工艺复查
5.1 弹簧加工工艺复查
工艺规程基本路线：
绕簧→热处理回火（工艺要求：保温温度460℃±10℃，保温时间30min～40min，保温结束后热水冷却，吹干零件；实际操作：回火温度460℃～465℃，保温时间30min。保温结束后热水冷却，吹干零件）→修整（剪刀修剪长度，并细砂纸去除毛刺）→拉伸试验（反复10次）→检验弹簧密绕状态、尺寸、弹力→零件成型（手工将小端头拧入大端头之中，并用塞尺检测间隙）→芯棒检查间隙、零件圆度、平面度→零件除油、酸洗（工艺要求：室温，酸洗时间2min～3min；实际操作：酸洗温度20℃，时间2min）、钝化（工艺要求：室温，钝化时间30min～40min；实际操作：温度20℃，时间35min）、去氢（工艺要求：120℃～140℃，保温时间2h～4h；实际操作：温度120℃～140℃，保温时间3h）→缴库。
5.2 生产过程复查
故障弹簧为14-01批(II组别)，同批投产120件，材料牌号1Cr18Ni9Ti，规格为φ0.32mm，熔批号60832，化验编号13-E-24，该材料按图纸规定标准Q/3B966-2006进行化验合格。复查弹簧加工档案，弹簧的实际操作过程与工艺要求相符合，弹簧加工及热处理等工序承制单位未发生变化。与故障弹簧同批次的零件共交付120件，该批次零件在生产过程中没有报废零件，未发现异常。
5.3 同批次产品状态复查
弹簧采用的材料为1Cr18Ni9Ti，对执行的标准进行查阅，标准中详细规定了钢丝的成分、力学性能以及工艺性能，同时对钢丝外观规定为：钢丝表面应光滑，不得有肉眼可见的裂纹、折叠、结疤、分层和锈蚀。允许表面有个别的压痕、压坑、划道、擦伤、麻点存在，其深度不应超过直径极限偏差之半。
弹簧的钢丝直径为φ0.32mm，经查标准公差为0～0.02mm。根据标准要求原材料表面个别的压痕、压坑、划道、擦伤、麻点深度不应超过0.01mm。
理化检测故障件、故障件同批次、不同批次的弹簧表面，未见明显缺陷，检测结果符合标准要求。
6 故障分析与结论
经过上述检查分析工作，对故障原因分析如下：
（1）通过对弹簧材料标准及零件外观复查，弹簧钢丝外观符合企业标准。
（2）经复查，弹簧加工工艺路线合理，流程固化，未发现问题；弹簧加工及热处理等工序承制单位未发生变化。
（3）通过对故障件检查、同批次其它零件进行对比分析，弹簧钢丝制造质量符合要求。
（4）通过对飞附机匣结构分析，皮碗位置无外接附件，相关配合件磨合试车后无异常，可以排除试车问题。
（5）故障弹簧理化分析表明，弹簧断裂属于疲劳断裂，断口位于弹簧内径内侧，结构上没有与其他位置接触的可能。扫描电镜观察故障件断口附近表面也无异常材料转移和接触痕迹。
通过上述复查和分析结果，可以排除原材料和弹簧使用方面的问题，分析本次弹簧断裂的原因应为弹簧在绕簧过程中控制不到位，变径位置处钢丝受到了弯折，导致钢丝受到损伤，或在生产过程中钢丝受到划伤，后期在工作时出现疲劳断裂,应属于偶发故障。
7 措施
前期由于条件限制，弹簧绕簧工序均是利用车床手工绕制，对于弹簧品质的一致性难以保证。目前已将弹簧全部改为了机械绕制，可以保证弹簧的质量稳定性，能够有效避免类似问题的发生。针对钢丝可能存在意外划伤的情况，承制单位加强现场管理，避免加工过程中钢丝的磕碰伤。通过上述措施的控制，有效地保证了弹簧的交付质量，避免了故障的重复发生。
参考文献
[1]杨新华，陈传尧.疲劳与断裂 [M].武汉：华中科技大学出版社，2002:117-131.
论文作者:刘莹 赵林 范慧芳
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年8月下
论文发表时间:2019/3/13
标签：弹簧论文; 故障论文; 断口论文; 钢丝论文; 零件论文; 表面论文; 工艺论文; 《新材料·新装饰》2018年8月下论文;