电机支架挡板自攻螺钉断裂原因分析

1、引　言

自攻螺钉在空调中广泛使用,生产过程及验货抽查不时发现自攻螺钉断裂问题。验货发现固定电机支架挡板自攻螺钉(渗碳钢镀锌)断裂问题,为彻底查实自攻螺钉断裂原因并全面掌握自攻螺钉生产、检验状况,结合实地考察、搜集资料及开展对比试验验证,汇总自攻螺钉断裂因素并分析成因。

2、导致自攻螺钉断裂因素

2.1　生产工序与致裂因素

自攻螺钉生产工艺主要由以下三个环节组成:机械加工——热处理——电镀。各生产环节致裂因素及缺陷汇总见表1。

2.2　断裂现象与特征

冷墩工序产生的机械损伤一般断裂于螺钉头部与螺纹连接处,此类断裂特征为批量问题,易发生于紧固过程。

搓丝工序一般断裂于螺纹处,此类断裂特征为批量问题,易发生于紧固过程。

渗碳工序产生断裂主要是渗碳后缓冷时组织转变不均匀所致。

淬火、回火工序断裂主要是材料本身存在缺陷。加热失误会出现零件的氧化、脱碳、过热、回火裂纹和回火脆性等,而冷却的失误会引起淬火裂纹、淬火应变、回火裂纹、淬火软点、退火脆性、回火脆性以及冷处理裂纹。

抛洗工序磨削加工产生的磨削裂纹是由于冷却不良,造成零件表面受热,发生二次淬火所致。此类断裂为非批量问题,且断裂部位不一致。

酸洗工序在加工和处理过程中,表面吸收了氢原子,阴极同时存在两种反应。

Zn2++2e→Zn

2H++2e→H2

基体内部氢气的存在,会产生内应力,促进已有裂纹的扩展。这种压力-破裂-渗入的循环继

表2自攻螺钉结构与性能对比

2.3　自攻螺钉氢脆试验

分别采取用石蜡试验法、预载荷试验平行支承面法验证自攻螺钉性能与氢脆的关系,试验情况见表3、表4。

石蜡试验法:用烧杯盛取适量的液体石蜡,置烧杯干铁架台石棉网上,点燃酒精灯加热,用测温计测量使温度保持在100℃-190℃,停留5min以除去水分,将螺钉放入石蜡中(石蜡将螺钉垒部浸没),大约10S左右,观察气泡情况。

预载荷试验平行支承面法:用2 mm钢板,并配合弹簧垫圈,模拟实际装配固定钣金件,用80%破坏力矩拧紧,24小时后观察,松开再反复3-5次拧入,再次放置24小时后再观察。

续到紧固件断裂。断裂特征为批量问题,通常发生在第一次应力应用后的几个小时之内。

3、自攻螺钉断裂因素试验验证

3.1　自攻螺钉结构和性能对比

为确定自攻螺钉的断裂原因,取相同规格的自攻螺钉开展结构与性能对比,结果见表2。

表3自攻螺钉石蜡试验表4自攻螺钉预载荷试验平行支承面法

4、试验结果分析

从自攻螺钉结构和性能的对比试验结果可见:出现断裂问题与使用正常的自攻螺钉在结构尺寸和联接性能、十字槽尺寸、物理机械性能方面均无明显差异,结合螺钉断裂不在根部位置,可排除冷墩、搓丝等机械因素导致产生断裂。

从实地考察生产渗碳、淬火、回火工序未有工艺波动,可排除此方面因素导致产生断裂。

石蜡试验法、预载荷试验平行支承面法结果表明:自攻螺钉普遍存在去氢不完全的问题,各去氢不完全零件实际使用效果区别较大,而平行支承面法综合体现各种导致脆性断裂因素。断裂问题制品石蜡试验法、预载荷试验平行支承面法结果与生产过程未去氢,带有氢脆制品一致,造成自攻螺钉断裂原因为去氢不完全,氢脆致裂。

从实地考察发现,生产过程中去氢工艺存在波动,去氢时间不足是导致自攻螺钉存在氢脆的主要原因。

5、结　论

本文通过汇总导致自攻螺钉断裂的原因,并通过试验对比验证问题螺钉制品与使用正常螺钉制品的结构、物理机械性能,并通过石蜡试验法和预载荷试验平行支承面法对比试验。确定自攻螺钉氢脆是导致电机支架挡板自攻螺钉出现断裂的原因。而自攻螺钉镀锌酸洗后去氢时问不足是导致去氢不完全,存在氢脆的主要原因。

通过改进去氢工艺,严格控制去氢时间,达到有效控制自攻螺钉氢脆,目前固定电机支架挡板自攻螺钉断裂问题已得到有效解决。

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