doi:10.3969/j.issn.l005-2550.2021.03.024收稿日期：2020-12-17弹性挡圈装配断裂原因分析及改善
张卫新，胡启赛，王晓辉，卢俊宏，陈文春
(浙江华远汽车零部件有限公司，温州325000)
摘要：标准件生产企业缺少对弹性挡圈装配过程中断裂的根本原因的分析和认识。本文结合装配过程中多次存在的此类问题，以分析弹性挡圈装配断裂的原因为研究课题。进行充分
led斗胆灯的原因分析，发现导致断裂的原因有模具因素和毛刺的因素。对影响因素做对比试验，通过压
力机得出不同的推入力值，发现毛刺、缺口裂纹是影响装配过程中断裂的重要因素，并提出模 具预防、减小毛刺的方案，可以避免断裂的现象。
关键词：止推帽；弹性挡圈；开裂；冲压；65Mn
中图分类号：TH162.1文献标识码：A文章编号：1005-2550(2021)03-0129-06
Cause Analysis and Improvement of Assembly Fracture of Elastic
Block Ring
ZHANG Wei-xin,HU Qi-sai,WANG Xiao-hui,LU Jun-hong,CHEN Wen-chun
(Zhejiang Huayuan Automobile Parts Co.,Ltd,Wenzhou325000,China)
Abstract:Standard parts production enterprises lack of analysis and understanding of the root causes of fracture in the assembly process of elastic ring.In this paper,the reasons for the
fracture of the elastic retaining ring assembly are analyzed.Carry on the sufficient cause
analysis,find that the cause of fracture is mold factor and burr factor.The influence factors
are compared and tested.Different push force values are obtained by press.It is found that
burr and notch crack are important factors affecting fracture in assembly process,and the
scheme of preventing and reducing bun reduction of burr can avoid the phenomenon of
fracture.
Key Words:Stoppers;Elastic Retaining Ring;Cracking;Stamping;65Mn
张卫新
毕业于太原理工大学，材料工程专业，工^硕士学位。现就职于 浙江华远汽车零部件有IS司，任质量工程师，已发表文章：《螺母内螺纹锈迹状物产生原因分析及改善》、《压钾螺钉装配过程中断裂原因分析及改善》、《弹性挡圈装配断裂原因分析及改善》、和《制样对超声波测试轴力的影响》等13篇论文。 弹性挡圈，是配套汽车管柱类的专用零件，装配后可卡于套管卡槽内固定不动，且无法二次拆卸，它可以防止轴上的其它制件轴向窜动。
针对弹性挡圈装配断裂的问题，相关作者'T主要描述了65Mn材料含硫高、夹杂物、产品表面增碳、硬度高、热处理工艺不合适等产生的开裂现象，主要分析工艺过程中产生的裂纹，未有相关在装配过程中弹性挡圈裂纹产生的描述，对产品装配时出现断裂的原因分析，因需考虑工艺流程，对直观判断裂口成因造成较大困难，不能有效识别开裂在具体的工艺位置，对改善方向造成 129
js防水涂膜/ AUTO SCI-TECH
2020年第3期
不确定性，且相关作者没有实质性的从产品受
力、试验验证上给与论证。挡圈的开裂成因异于 已有作者分析的原因，我厂挡圈在装配中产生开
裂现象，一宜未有效识别，无法到相关分析资
料，不能从根本上论证开裂原因。作者结合实际 产品装配过程和生产工艺，充分分析断口形貌， 识别影响因素，进行单因素对比验证，并结合生
产工艺，确定开裂原因，给予预防措施及解决生 产问题的分析思路。
1产品描述
2020年，某汽车座椅公司的装配人员反馈轴
用弹性挡圈在装配轴管过程中，发现某批次产品
出现断裂现象，断裂率约0.1%，该问题已被多次 投诉。现场装配位置如图1所示。检测产品性能尺
寸都符合图纸要求。因无法确定根本影响因素，
该问题已持续较长时间。本文以断裂批次产品作 为研究对象，对主要影响因素进行深入的分析。 产品尺寸测量数据如表1所示，图纸尺寸要求如图
2所示，且符合尺寸要求。
挡圈是由凹侧推入轴管过程中产生开裂，推
入力约3-6kN，挡圈宏观裂纹如图3所示。
挡圈材质65Mn，生产工艺：板料冲裁—热处
理等温淬火、中温回火V系磷化。
图1现场装配位置
图2图纸尺寸
图3挡圈裂纹
2 开裂原因分析
挡圈在推入套管过程中内圈受到与轴管接触
的摩擦力和与轴管产生过盈配合而产生的膨胀
力。对开裂前的受力方式进行分析，判断裂纹所 处受力环境，并从微观上分析断口形貌，判断裂
复合柴油
纹源，最终结合生产工艺中影响裂纹的因素，识 别出裂纹成因。
2.1受力分析
挡圈在被推入轴管过程中，受到轴管表面对
挡圈内环表面的摩擦阻力和因过盈配合产生的轴 管表面对挡圈内环的径向支撑力的共同作用，支
撑力使内环产生膨胀力，当内环存在薄弱位置
时，更容易在摩擦力和膨胀力的作用下造成开
裂。挡圈厚度0.5mm，挡圈受外力作用如图4所
表1产品检测数据
标准
实测值
X
3a
4)29.3 土 0.1mm 29.37
29.3129.3529.3129.3129.330.07
4)37.8 ± 0.5mm 37.9838.0537.96
38.0438.05
38.02
0.11
1.7 ± 0.3mm
1.69
1.68
1.72 1.69
1.60
1.68
0.12
R0.6 ± 0.4mm
1.20
2.10 1.60
1..01
2.20 1.62
1.42
35° ±5°
35.9539.30
36.20
耳机延长线37.90
38.00
37.47
3.73
130
弹帕当圈装配断裂原因分析及改善
示。对缺口进行受力分析如图5所示，缺口两侧会产生较大的摩擦阻力，当两者差异较大时会形成对裂纹破坏的剪切力，力值足够大，在较小的膨胀力下发生开裂现象。未装配的产品在放大镜下观察，内圈边缘断裂带存在1-冼缺口，如图6所示，图中，左侧黑区域为断裂带，右侧亮区域为光亮带，是在板料冲裁过程中形成，光亮带约占切口的一半，说明凹凸模间隙配合合适。
F摩擦力
图4挡圈所受外力
F拉力B
图5缺陷处受力
图6挡圈内侧缺口放大图
冲裁凸凹模如图7所示。放大镜下观察模具表面，发现凹模存在裂纹，凹模缺陷如图8所示，凹模存在的刃口裂纹缺口会使冲裁过程中，落料不能及时分离，金属因塑性变形产生断裂带缺口，遗留在产品表面，冲模在回程过程中，与缺口周围毛刺形成较大阻力，对缺口进一步产生破坏，并可能产生微裂纹。落料表面毛刺如图9所示，一部分边缘毛刺较长，说明凹模刃口已产生明显磨损状态叫
图7冲裁凸凹模
图8凹模内环刃□放大图
图9落料冲裁后毛刺
2.2断口分析
挡圈推入金属套管时，内圈受到挤压力和摩擦力，裂纹方向垂直于挤压产生的膨胀径向力，判断裂纹属于脆性断裂。通过电子显微镜观察裂纹断口的形貌，如图io所示。识别出断裂源区，扩展区，裂纹末端，裂纹走向如图11所示，红箭头指裂纹源，黄箭头指裂纹扩展方向，裂纹末端呈现支状。断裂源区存在冰糖状的磷化颗粒，如图12所示，说明有磷化液渗入。断裂源区能谱图，P含量约0.6，大于65MnM质要求的低于0.04，说明工艺过程中磷化前已存在裂纹。断口圆环内圈位置微观呈延晶形貌，此处为裂纹源，
断
差速防坠器
/ AUTO SCI-TECH
化纤丝
2020年第3期
裂源区域微观可见小块状结晶物等异物覆盖，P 、
Zn 元素较丰富，能谱图如图13所示。断口其它扩
展区位置微观整体呈细小的刃窝形貌，扩展区如
图14所示。综合观察宏观和微观形貌，断口呈过 载断裂特征，断裂源位于内圆环位置，且位于毛 刺位置，在磷化前存在裂纹。
图10断□形貌
沁、
1
L 1
图11裂纹走向
图12断裂源区
cp$/ev
keV
图13能谱图
图14扩展区
2.3开裂原因
通过断口分析，裂纹由内向外扩展，裂纹源 起始于内环断口形成断裂带毛刺一侧，结合受力 分析，在板材被冲裁过程中，模具缺口使落料分
离困难，导致毛刺形成缺口。装配过程中，毛刺
和缺口与套管表面存在接触阻力，不同位置的毛 刺会形成不同的摩擦阻力，当缺口处阻力最大 时，容易形成应力集中，产生剪切力，大于材料
所能承受的剪切强度时形成裂纹。
结合生产工艺过程分析，裂纹起始于冲裁，
在热处理过程中容易形成延晶微裂纹，经过磷
化，使裂纹源处P 、Zl!元素含量高于基体，并有磷 化颗粒覆盖。在现场装配过程中，挡圈受到挤压
和摩擦阻力，当随机产生的毛刺造成较大的摩擦
132
弹馆圈装配断輛因分析及改善
阻力时，便在缺口处已形成的裂纹，继续扩展形成开裂现象。
3蹄
通过断口形貌分析，以及受力分析，解释裂纹产生机理，已产生的裂纹缺口在毛刺的作用下最终导致产品开裂。为进一步验证分析的结论，进行单因素对比试验，通过数据验证毛刺对开裂的影响，以及只存在缺口时是否会产生开裂。
3.1试验设计
选取同批次产品，来自存在裂纹缺口的模
具，在放大镜下观察产品内圈缺陷位置，并标记。使用400#砂纸清理内圈毛刺，与原状态产品进行推入力测试。准备工装模具，凹模尺寸审34x60x36mm，凸模尺寸©32x18mm，模具如图15所示。压力机砸SHT4305电液伺晰能试验机
图15模具压入试验
3.2礎结果
分别压入凸模有毛刺和去毛刺产品各5件，推入力如表1所示。其中有毛刺试样3和4发生开裂，裂纹由内圈向外圈扩展，与现场装配开裂方式相同，且断裂位置在标记处，开裂产品如图16所示。无毛刺产品，均匀压入，无开裂现象发生。
表1
表1挡圈推入力/kN
试样123453<j 有毛刺10.89 3.58 6.37 5.712.577.8210.09无毛刺8.498.877.497.787.818.09 1.53
图16开裂产品
3.3结果分析
试验中通过对比有毛刺和无毛刺产品的推入力，发现有毛刺产品推入力波动较大，均值是7.82kN,3创I是10.09kN，测试结果范围3.58kN-12.57kN，其中开裂产品是3.58kN和6.37kN，说明推入力不是决定产品开裂的主要影响因素，有毛刺产品压入后，会残留较多铁屑，如图17所示，在压入过程中，毛刺会影响阻力大小。无毛刺产品力波动较小，均蘇8.09kN,3(y(ftM1^3kN，测试结果范围7.49kN-&87kN,
产品由内圈向外圈产生裂纹，位于标记处，说明裂口存在于缺口处，断裂后的裂口放大如图18所示。产品在冲裁过程中，产生缺口存在微裂纹，形成薄弱位置，但毛刺对阻力影响不大时，缺口不能造成产品开裂，当毛刺产生较大阻力时，使应力集中在缺口处，发生开裂现象。通过单因素对比试验，产品存在缺口的条件下，毛剌是造成产品开裂的根本因素。
图17残留铁屑
133
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议