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如何對(duì)鑄鐵件氣門(mén)挺桿進(jìn)行拋丸機(jī)處理？
摘要:鑄鐵氣門(mén)挺桿鹽浴淬火+低溫回火后，采用履帶式拋丸機(jī)進(jìn)行表面與內(nèi)孔的清理。在互相撞擊過(guò)程中，極易在挺桿棱角等處產(chǎn)生缺陷，損失較大，成為生產(chǎn)中的難題。本文從減少缺陷出發(fā)，對(duì)挺桿的拋丸方式進(jìn)行了探討，最終有效解決了問(wèn)題，產(chǎn)生了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。
氣門(mén)挺桿是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的關(guān)鍵部件，氣門(mén)挺桿在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋座孔內(nèi)上下與旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將凸輪對(duì)它的推力傳給推桿，以此來(lái)傳遞動(dòng)力。挺桿的形狀有筒狀和菌狀兩種，對(duì)挺桿的熱處理技術(shù)要求為表面有高硬度、高耐磨性、表面清潔，基體組織具有良好的綜合力學(xué)性能。
經(jīng)過(guò)表面強(qiáng)化處理的合金鑄鐵氣門(mén)挺桿，耐磨性和抗擦傷的性能得到提高。目前世界各國(guó)采用合金鑄鐵制作挺桿的比例達(dá)80% 以上，為強(qiáng)化挺桿而進(jìn)行淬火+ 低溫回火處理，以獲得要求的表面硬度與底窩硬度。
鑄鐵氣門(mén)挺桿( 簡(jiǎn)稱(chēng)為氣門(mén)挺桿) 的熱處理是在中溫鹽浴爐中淬火，然后在低溫井式爐中回火。表面與球窩內(nèi)的殘鹽與氧化皮的清理，采用滾筒式拋丸機(jī)或履帶式拋丸機(jī)。拋丸后部分氣門(mén)挺桿的外圓處棱角、外圓壁表面等掉塊( 缺肉) ，見(jiàn)圖1。每批的廢品比例達(dá)6% ～ 8%，按年產(chǎn)200 萬(wàn)支計(jì)算，則年廢品損失量達(dá)40 萬(wàn)元以上，成為近年來(lái)降低制造成本過(guò)程中亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
1、氣門(mén)挺桿的工藝分析。
氣門(mén)挺桿的機(jī)械加工工藝流程為: 澆鑄→間接端部冷激→消除應(yīng)力退火→機(jī)械加工→粗加工→裝夾→箱式爐550 ℃預(yù)熱→鹽浴爐880 ℃加熱→油淬→100 ℃熱水清洗→低溫井式爐180 ℃回火→拋丸→防銹→磨外圓→磨端面→研磨球窩→磷化→檢驗(yàn)→包裝。
圖1、氣門(mén)挺桿熱處理后拋丸缺陷。
a) 菌狀氣門(mén)挺桿外壁棱角處; ( b) 菌狀氣門(mén)挺桿外壁處; ( c) 菌狀氣門(mén)挺桿端面外圓處; ( d) 筒狀氣門(mén)挺桿棱邊
1.1、氣門(mén)挺桿的熱處理工藝分析。
氣門(mén)挺桿熱處理技術(shù)要求: 端面硬度≥60 HＲC，碳化物≥30%，石墨≤10%，拋丸后整體無(wú)氧化皮與殘鹽。
門(mén)挺桿( 采用干砂型鑄造，端面加冷鐵激冷)含有大量的針狀碳化物，具有堅(jiān)固的骨架作用。表面部分珠光體經(jīng)磨削成微凹又起著儲(chǔ)油的作用，其耐磨性、減磨性和儲(chǔ)油性較好。經(jīng)淬火+ 低溫回火后形成馬氏體組織，可明顯提高氣門(mén)挺桿的接觸應(yīng)力和挺桿的疲勞性能。為了確保氣門(mén)挺桿表面無(wú)氧化脫碳，必須采用鹽浴爐加熱，要嚴(yán)格控制加熱溫度，并脫氧徹底。
研究表明顯微組織為回火馬氏體基體上分布針狀碳化物以及出現(xiàn)點(diǎn)狀、片狀石墨，均能提高使用性能，表面硬度越高則耐磨性越好。
氣門(mén)挺桿淬火后均獲得了高的硬度，需要注意的是合金鑄鐵( 含冷激鑄鐵) 的熱處理淬火溫度在860 ～ 880 ℃，保溫時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)硬度有直接的影響。鹽浴爐的保溫時(shí)間超過(guò)15 min，則碳化物分解，淬火后的硬度無(wú)法滿(mǎn)足技術(shù)要求; 時(shí)間過(guò)短則無(wú)法消除白口組織。
1.2、氣門(mén)挺桿的表面清理( 拋丸) 工藝分析。
氣門(mén)挺桿熱處理后，表面與筒內(nèi)存在殘留的鹽渣、氧化皮、粘附物、銹跡等，需要將其清理干凈。熱處理車(chē)間配備的表面清理設(shè)備多數(shù)是滾筒式拋丸機(jī)和履帶式拋丸機(jī)等( 見(jiàn)圖2) ，采用直徑在0． 8 mm 以上鋼砂，氣門(mén)挺桿在滾筒內(nèi)或履帶上上下翻滾，彼此之間相互撞擊。同時(shí)氣門(mén)挺桿與拋丸機(jī)鑄造內(nèi)腔接觸，由于氣門(mén)挺桿端面的硬度較高( 60 HＲC 以上) ，外圓棱角與筒壁等處被往復(fù)的碰撞，故不可避免產(chǎn)生掉塊( 缺肉) 缺陷。另外加上出料時(shí)，落料口與接料箱有800 mm 的落差，氣門(mén)挺桿在下落過(guò)程中，也會(huì)發(fā)生碰撞，即使設(shè)計(jì)了輔助裝備( 見(jiàn)圖3) ，但鑄鐵氣門(mén)挺桿拋丸與落料過(guò)程中的掉塊現(xiàn)象仍難以避免。
圖2Q326 /6GN 拋丸機(jī)的內(nèi)部形式。
2、改進(jìn)拋丸工藝方法的探討。
從以上氣門(mén)挺桿熱處理后表面清理情況分析，眾多廠家采用普通的滾筒或履帶拋丸機(jī)，甚至液體噴砂機(jī)，仍無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。產(chǎn)生缺陷的原因是氣門(mén)挺桿在拋丸、落料過(guò)程中相互碰撞，是設(shè)備本身無(wú)法解決的，需要探討另外的表面清理方式。
圖3、添加輔助落料裝置。
2.1、表面清理設(shè)備的利弊對(duì)比。
手動(dòng)噴砂機(jī)雖能完成氣門(mén)挺桿表面與筒內(nèi)的清理，但生產(chǎn)效率低，操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大，無(wú)法滿(mǎn)足月產(chǎn)10 萬(wàn)支批量作業(yè)的需要。
轉(zhuǎn)臺(tái)式噴砂機(jī)體積龐大，作業(yè)環(huán)境差，效果不理想，尤其是底窩內(nèi)清理不干凈，無(wú)法應(yīng)用于氣門(mén)挺桿的拋丸處理。
連續(xù)式履帶拋丸機(jī)具有間歇作業(yè)，裝卸料機(jī)械化，自動(dòng)化程度較高，工件翻滾平穩(wěn)，清理效果好，噪聲小，適合單件或大、小批量生產(chǎn)的中、小件的清理;但作為硬度高的氣門(mén)挺桿而言，彼此之間碰撞而產(chǎn)生損傷是避免不了的。
懸掛式拋丸機(jī)對(duì)于氣門(mén)挺桿內(nèi)孔的清理十分困難，其結(jié)構(gòu)決定了存在這致命的缺陷。滾光機(jī)與振動(dòng)研磨機(jī)的磨料為瓷球、棕剛玉、砂紙以及碎帆布等，盡管可清理表面，但無(wú)法清理內(nèi)孔。
由此可見(jiàn)，要無(wú)損傷清理氣門(mén)挺桿的表面是比較困難的，必須采用其他的方法，能在生產(chǎn)效率、作業(yè)環(huán)境、勞動(dòng)強(qiáng)度以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面達(dá)到要求。
2.2、采用氣門(mén)挺桿彼此非接觸式拋丸工藝。
從以上分析可知，氣門(mén)挺桿拋丸后的要求是: 內(nèi)外表面清理干凈; 整體無(wú)損傷; 生產(chǎn)效率較高; 勞動(dòng)強(qiáng)度低與作業(yè)環(huán)境好。前兩條則是關(guān)鍵指標(biāo)，為此應(yīng)進(jìn)行大膽嘗試。
要實(shí)現(xiàn)氣門(mén)挺桿之間在表面清理時(shí)無(wú)接觸，則需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用的拋丸工裝。因滾筒式與履帶式拋丸機(jī)只有一個(gè)固定的拋射口，即使氣門(mén)挺桿可隨圓形工裝轉(zhuǎn)動(dòng)，但要完成表面與內(nèi)孔同時(shí)清理，也是不現(xiàn)實(shí)的。
近年來(lái)隨著化學(xué)熱處理零件的增多，汽車(chē)與拖拉機(jī)零件( 如氣門(mén)與曲軸的氮碳共滲、活塞銷(xiāo)滲碳、凸輪軸的碳氮共滲等，氣門(mén)挺桿的氮碳共滲，模具的氮碳共滲等) ，紡織機(jī)械零件、農(nóng)用機(jī)械零件、石油鉆探機(jī)械零件、化工機(jī)械零件、軍用器械的氮碳共滲或滲碳，由于大部分零件在處理后，表面不再進(jìn)行加工處理，要滿(mǎn)足表面質(zhì)量的要求，均采用了吊鉤式拋丸機(jī)進(jìn)行表面清理，達(dá)到了內(nèi)外表面清潔的目的。
3、吊鉤式拋丸的工藝特點(diǎn)與質(zhì)量情況。
該拋丸機(jī)的外形見(jiàn)圖4，專(zhuān)用工裝在拋丸機(jī)內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，零件在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到來(lái)自上下拋丸器噴射出的鋼丸的沖擊，可清理內(nèi)外氧化皮等，自配的除塵器可確保工作現(xiàn)場(chǎng)無(wú)粉塵作業(yè)，為此需要做如下工作:
1) 專(zhuān)用拋丸工裝的設(shè)計(jì)�？紤]到挺桿的形狀有菌狀與筒狀，由于菌狀挺桿有裙部( 大臺(tái)外圓) ，可以插在網(wǎng)格孔內(nèi)固定( 見(jiàn)圖5) ; 而筒狀挺桿則需要底口部支撐，外加格網(wǎng)固定桿部( 見(jiàn)圖6) 。
2) 工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)。工藝參數(shù)包括拋丸頻率與時(shí)間，按履帶式拋丸機(jī)的工藝要求，將吊裝拋丸變頻器頻率調(diào)整為最高50 Hz，時(shí)間為60 ～ 70 min，鋼砂直徑為0.8～ 1.0mm。
( 3) 表面清潔情況的檢查。按工藝參數(shù)執(zhí)行的挺桿進(jìn)行外觀檢查，大部分氣門(mén)挺桿內(nèi)外部無(wú)氧化皮、花斑、凹坑等缺陷，基本達(dá)到拋丸的要求，見(jiàn)圖7。
( 4) 損傷件的統(tǒng)計(jì)。按月產(chǎn)20 萬(wàn)支挺桿計(jì)算，原來(lái)采用履帶或滾筒拋丸后，每月?lián)p傷件數(shù)量達(dá)16000 余支; 而采用吊裝拋丸，成品檢驗(yàn)的損傷件數(shù)量?jī)H為100 余支，而且是由于操作不當(dāng)造成的。從根本上解決了這一困擾多年的難題，產(chǎn)生了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
圖4、Q375 型吊鉤拋丸機(jī)。
圖5、菌狀氣門(mén)挺桿的拋丸專(zhuān)用工裝。
圖6、筒狀氣門(mén)挺桿在吊裝拋丸機(jī)內(nèi)實(shí)景。
圖7、拋丸后筒狀氣門(mén)挺桿。
4、氣門(mén)挺桿拋丸過(guò)程中的不足之處。
作為氣門(mén)挺桿拋丸的新方法，盡管解決了其缺肉的難題，但也存在以下問(wèn)題:
( 1) 筒狀挺桿結(jié)構(gòu)本身無(wú)法固定，只能是口向下放置在網(wǎng)格上。鋼鐵丸的硬度一般是40 ～ 62 HＲC，韌性較好。拋丸過(guò)程中因鋼丸在上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受阻而發(fā)生表面清理不干凈的問(wèn)題，這樣勢(shì)必造成鋼丸從右下角斜向上拋出時(shí)有的被彈出或進(jìn)入孔內(nèi)的力度減弱。而部分挺桿會(huì)放在支撐梁上，鋼丸撞擊到橫梁上被彈回，進(jìn)入筒( 孔) 內(nèi)的鋼丸量大量減少，極大影響了這類(lèi)挺桿的拋丸效果，故出現(xiàn)一定批量的孔內(nèi)花斑等，見(jiàn)圖8，在磷化后呈現(xiàn)不一致的顏色或銹蝕。
( 2) 鋼丸噴射到挺桿表面與內(nèi)孔上，呈現(xiàn)為點(diǎn)或小面積接觸，比較柔和，故對(duì)表面的清理不算太理想，鑄鐵丸的硬度為58 ～ 65 HＲC，很脆且非常容易破碎，主要用于噴丸強(qiáng)度很高的零件。而利用鑄鐵丸容易破碎后呈棱角的特點(diǎn)，則具有明顯的清理效果，但其消耗較大。而添加1． 6 mm 的鑄鐵丸后，因其打碎后過(guò)于鋒利，而口部為灰口組織，硬度低( 35 HＲC 左右) ，造成菌狀或筒狀挺桿的口部損傷( 凹坑) ，嚴(yán)重者報(bào)廢( 見(jiàn)圖9) ，可見(jiàn)對(duì)于淺窩的挺桿而言，要慎重使用粗鑄鐵丸，以防對(duì)其產(chǎn)生危害。
( 3) 對(duì)于端面硬度要求較高的筒狀或菌狀氣門(mén)挺桿，一般采用的回火溫度為180 ℃左右，保溫時(shí)間為3 ～ 4 h。淬火后的殘油很難清洗干凈，在回火時(shí)油污貼附在內(nèi)孔與表面上呈油漬等，形成拋丸的花斑等，嚴(yán)重影響了拋丸效果，這是花斑產(chǎn)生的最主要原因。為此每筒需要拋丸2 ～ 3 h，浪費(fèi)了大量的物力與財(cái)力，但結(jié)果仍不理想，同時(shí)影響了生產(chǎn)進(jìn)度。
5、針對(duì)氣門(mén)挺桿拋丸質(zhì)量的改進(jìn)試驗(yàn)。
氣門(mén)挺桿的淬火采用機(jī)械油冷卻，要在熱水槽內(nèi)清理干凈窩內(nèi)的殘油十分困難，低溫回火時(shí)殘油吸附在內(nèi)壁，這是造成拋丸缺陷( 花斑) 的主要原因。為此根據(jù)挺桿的硬度要求，如何通過(guò)回火方法消除油漬，主要采取如下試驗(yàn)方法:
1) 在確保端面硬度合格的基礎(chǔ)上，提高其回火溫度到210 ℃，而回火時(shí)間分別為3、4 h，拋丸時(shí)間不變，檢查效果不理想，有15% ～ 20%的孔內(nèi)有花斑缺陷。
圖8、筒狀氣門(mén)挺桿內(nèi)孔花斑。
2) 回火溫度提高到210 ℃，延長(zhǎng)回火保溫時(shí)間分別為5、6 h，再次驗(yàn)證拋丸后的效果，進(jìn)行批量?jī)?nèi)孔檢查，兩個(gè)回火時(shí)間處理后均表面清潔，無(wú)花斑等缺陷。
圖9、菌狀氣門(mén)挺桿端口被大鑄鐵丸拋丸后的凹坑缺陷。
3) 將回火溫度提高到230 ℃，回火時(shí)間延長(zhǎng)到3 ～ 4 h，進(jìn)行硬度的檢查，發(fā)現(xiàn)有20%左右的端面硬度低于62 HＲC，進(jìn)行批量拋丸后，孔內(nèi)清潔無(wú)缺陷。
6、結(jié)論。
( 1) 氣門(mén)挺桿鹽爐淬火+ 低溫回火后，花斑是由于內(nèi)孔存在油漬、回火溫度低造成的，采用提高工藝溫度與延長(zhǎng)回火時(shí)間是正確的;
( 2) 吊裝拋丸可從根本上解決氣門(mén)挺桿缺陷，消除了挺桿彼此之間的碰撞，是正確與理想的表面清理方式;
( 3) 對(duì)菌狀與筒狀氣門(mén)挺桿的拋丸應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)用工裝的設(shè)計(jì)，目前的工裝設(shè)計(jì)合理，滿(mǎn)足了工藝與質(zhì)量要求，確保了氣門(mén)挺桿在拋丸機(jī)過(guò)程中不會(huì)倒下或改變位置與方向等，拋丸效果比較理想;
( 4) 在拋丸過(guò)程中可適量加入1． 6 mm 的鑄鐵丸，可獲得理想的拋丸效果，挺桿內(nèi)外潔凈，也可縮短拋丸時(shí)間。
【文章來(lái)源：http://www.dajiajuzs.com/news/20140622186.html 】
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