凯发国际 汽車離合器膜片彈簧噴丸強化效果研究

【摘要】膜片彈簧是汽車離合器中的關鍵零件之一。其制造過程中普遍采用噴丸強化工藝。本 文通過殘余應力測試、 疲勞試驗、 彈力衰減試驗和斷口微觀分析, 研究了噴丸強化對膜片彈簧疲 勞性能和彈力衰減性能的影響, 得出如下結論: 從提高膜片彈簧的使用性能和簡化工藝上考慮, 以膜片彈簧凹面單面噴丸工藝取代現行的雙面噴丸工藝。本文由 吊鉤式拋丸機 生產廠家青島淳九整理。
主題詞: 膜片彈簧 疲勞斷口分析
  膜片彈簧是汽車離合器中的關鍵零件之一，為延長其使用壽命,目前普遍采用雙面噴 丸強化工藝。盡管現行的膜片彈簧生產技術能 基本滿足其設計要求, 但仍有少量因膜片彈簧 質量問題而導致離合器失效現象的發生。

  膜片彈簧作為彈性元件在離合器使用過 程中的受力情況是比較復雜的。經簡化后的理 論及實驗應力分析表明 在離合器的接合至徹底分離階段, 膜片彈簧的上表面 受的是交變壓應力,下表面 (凹面) 所受的為 交變拉應力。這表明膜片彈簧在實際使用過程 下表面的受力性質是截然不同的。另外, 決定膜片彈簧使用性能的除疲勞強度這一指標外, 還有另一指標—— 彈力衰減。

采用不同的噴丸強化工藝（單面或雙面） 將導致膜片彈簧的這兩項主要性能——疲勞強度和彈力衰減發生明顯的變化。 從而 影響到離合器的整體效能。 正是基于上述認識， 開展了汽車離合器膜片彈簧噴丸強化效果的研究

2 研究方案
2.1試驗用膜片彈簧

膜片彈簧用材料為進口彈簧鋼板, 相當于國產的60S i2M 彈簧鋼,其化學成分符合 訂貨要求。膜片彈簧的加工工藝流程如下: 料切槽分離指沖壓成型靜壓成型熱處理噴丸與清理強壓處理。 熱處理工藝 為淬火+ 回火+ 定型回火。 研究方案流程見圖1

2.2 噴丸處理

為比較不同的噴丸效果, 分別采用了雙 噴丸設備為青島第二鑄造機械廠制造的ZJ 027 型膜片彈簧噴丸強化機。 選用的工藝 114mm 工作氣壓為015 噴嘴至工件距離為 30s 每面噴丸時間為 40s 后取出,翻一面重新裝入噴 再經40s 后取出。對單面噴丸,只對 觀和微觀的表面及斷口分析。 所用的微觀分 凹面進行 40s 噴丸。噴丸效果的校驗方法采用阿爾曼弧高法。

圖1 研究方案流程圖

2.3 殘余應力測定
為直接檢驗噴丸效果, 采用了0- 45二角技術測定經噴丸處理后膜片彈簧各關鍵點 處的殘余應力值。 所用儀器為 73形X射線應力儀。
2.4 離合器總成的裝配

試驗用離合器總成系采用試驗膜片彈簧 在離合器總成流水線上直接裝配而成。 從而 能較準確地反映膜片彈簧的實際工況。

2.5 疲勞性能和彈力衰減性能的測定

膜片彈簧的疲勞試驗在 ZD 膜片彈簧專用疲勞試驗機上進行, 該試驗機采用模擬 離合器實際工況的位移控制加載方式, 每次 試驗進行至膜片彈簧完全開裂。 在疲勞試驗 過程中, 每隔一定周次 （一萬或五萬）在膜片彈簧專用測試儀上測定膜片彈簧的載荷—變 形曲線, 以分析其彈力衰減性能。

2.6 開裂形貌及斷口分析
對經疲勞試驗的膜片彈簧分別進行了宏觀和微觀的表面及端口分析。所用的微觀分析儀器為 JXA-840A電子探針x射線顯微分析儀。

2.7 數據分析及形成結論

對各階段所獲取的信息進行分析, 得出 明確的結論, 用以指導生產。

3 試驗結果

3.1 殘余應力
膜片彈簧經噴丸后各關鍵點處的殘余應力值見表1

表1 膜片彈簧噴丸后的參與應力（切向）MPA

由表1可見,經雙面噴丸后, 膜片彈簧 的凸、凹表面產生了程度相當的殘余壓應力。 而經凹面單面噴丸后, 擊面的殘余應力值只有-19Mpa


3.2 疲勞試驗及彈力衰減試驗

膜片彈簧的疲勞試驗結果見圖2

圖2 膜片彈簧疲勞試驗結果

注：加載位移為12 mm

由圖2可見,經噴丸處理后膜片彈簧的 疲勞壽命均有所提高, 而凹面單面噴丸的效 果更佳。 彈力衰減試驗結果見圖3

圖3 膜片彈簧彈力衰減試驗結果

 由此可見,就影響膜片彈簧性能的另一指標—— 彈力衰減性能而言, 經凹面噴丸 處理后的膜片彈簧要優于雙面噴丸處理的膜片彈簧。

3.3 開裂部位和斷口分析

由膜片彈簧凹面觀察到的開裂情況如圖4所示

 區對應于膜片彈簧擊面的多源疲勞裂紋及其擴展區, 見圖 的左上部分。該部分的局 部放大照片 清楚地表明該區的破壞屬疲勞破壞。

未噴丸的膜片彈簧其開裂部位一般位于分離指槽孔邊緣的中部或距邊緣 (見圖4a)。而經噴丸處理 (雙面或凹面) 后的膜片彈簧其開裂部位*般位于槽孔根部 的過渡圓角附近 (見圖 4b 且與支承環壓印有關。

 經噴丸處理后的膜片彈簧, 其斷口可按形貌不同分為三個區 域。其中I 區對應于凹面的單源疲勞區和其相 應的疲勞裂紋擴展區, 為典型的韌窩破壞。

4 分析及結論
膜片彈簧經噴丸處理后, 因其表面形成 了一定程度的殘余應力,有所提高。膜片彈簧彈力衰減程度與膜片彈簧的使用性能和簡化工藝上考慮, 以膜片彈簧凹面單面噴丸工藝取代現行的雙面噴丸工藝。 經雙面噴丸的膜片彈簧其擊、 凹表面均形成了程度相當的殘余 壓應力。 此壓應力與膜片彈簧工作時擊面的 較大壓應力疊加將加速彈力衰減, 從而使其 彈力衰減性能低于只經凹面單面噴丸的膜片 彈簧的彈力衰減性能。另外, 從工效上考慮, 單面噴丸比雙面噴丸可提高工效一倍。 通過 此項研究可得出如下結論: 從提高 汽車離合器拉式膜片彈簧的設計.