Page 86 - 理化检验-物理分册2021年第十一期
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李平平, 等: 挖掘机直线行走阀芯断裂的原因
工况对部件或系统进行建模和仿真计算, 根据计算 ( 2 )造成直线行走阀芯发生早期断裂的主要因
结果完善工件结构。首先, 阀芯在服役过程中所受 素包括边缘棱角效应、 表面打磨损伤和渗碳不良。
横向载荷极小, 可以忽略不计, 按阀芯仅受 18kN ( 3 )油孔边缘倒角不仅可有效降低应力集中程
的轴向载荷计算, 结果表明: 最大应力区域与断裂位 度, 避免表面加工缺陷的产生, 还可减轻棱角效应造
置完全吻合, 且边缘是否倒角处理对最大应力的分 成的渗碳不良影响。
布并无明显影响。经检验证明, 6 处断面的疲劳源 ( 4 )建议设计者在对工件进行仿真计算时, 除
均位于油孔边缘, 其原因包括以下三个方面:( 1 ) 表 了考虑工件结构与服役工况等因素外, 还需充分考
面应力状态, 该阀芯油孔边缘未进行倒角处理, 呈锐 虑工件的表面状态。
角过渡, 棱角效应显著;( 2 ) 表面完整性 [ 7 ] , 油孔边缘 参考文献:
的打磨损伤使其表面粗糙度增加, 在相同的应力水
平作用下, 零件的疲劳寿命随着表面粗糙度的增加 [ 1 ] AYKAN M , Ç ELIKM.Vibrationfati g ueanal y sisand
而降低, 对于高强度、 低韧性的材料, 粗糙度的影响 multi-axialeffectintestin gofaeros p acestructures
更明显, 另外, 打磨痕迹沿环向分布, 当受到与其垂 [ J ] .MechanicalS y stemsandSi g nalProcessin g , 2009 ,
直的轴向载荷作用时, 更易萌生疲劳裂纹;( 3 ) 表面 23 ( 3 ): 897-907.
[ 2 ] 姚起杭, 姚军. 工程结构的振动疲劳问题[ J ] . 应用力
组织结构, 渗碳工艺不良造成油孔边缘形成断续网
学学报, 2006 , 23 ( 1 ): 12-15 , 167.
状分布的碳化物, 组织均匀性差、 硬度高、 脆性大, 降
[ 3 ] 高玉魁. 疲劳断裂失效分析与表面强化预防[ J ] . 金属
低了边缘处的抗疲劳强度 [ 8-9 ] 。棱角处存在图10所
加工( 热加工), 2008 ( 17 ): 26-28.
示的“ 棱角效应”, 李宇、 潘健生等 [ 10-11 ] 对常见形状 [ 4 ] 王清远, 刘永杰. 结构金属材料超高周疲劳破坏行为
工件在渗碳过程中的“ 棱角效应” 进行了计算机模拟 [ J ] . 固体力学学报, 2010 , 31 ( 5 ): 496-503.
和定量表征, 结果表明: 工件棱角部位的角度是决定 [ 5 ] 周金宇, 韩文钦, 邱睿, 等. 结构系统疲劳失效相关机
“ 棱角效应” 的内在因素, 棱角影响距离随工件棱角 理与可靠性模型[ J ] . 机械工程学报, 2018 , 54 ( 16 ):
部位角度的增加而减小。边缘倒角, 一方面可改善 220-226.
工件表面应力状态, 另一方面可减轻或消除棱角效 [ 6 ] 刘新灵, 张卫方, 陶春虎. 疲劳损伤定量分析与失效评
估研究进展[ J ] . 失效分析与预防, 2006 , 1 ( 1 ): 35-39.
应造成的渗碳不良现象。
[ 7 ] 王仁智. 残余应力测定的基本知识———第五讲 金属
材料与零件的表面完整性与疲劳断裂抗力间的关系
[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2007 , 43 ( 10 ): 535-539.
[ 8 ] 赵麦群, 杨君刚, 余历军, 等. 深层渗碳碳化物形态对
弯曲疲劳性能的影响规律[ J ] . 热加工工艺, 1996 ( 3 ):
13-15.
[ 9 ] 张新宝. 碳化物析出形态对高浓度渗碳材疲劳强度的
影响[ J ] . 上海钢研, 2006 ( 4 ): 57-62.
[ 10 ] 李勇军, 张伟民, 李宇, 等. 常见形状零件气体渗碳过
图10 工作棱角部位碳浓度示意 程计算机模拟软件的开发[ J ] . 金属热处理, 2000 , 25
Fi g 10 Schematicdia g ramofcarbonconcentrationat
( 3 ): 36-38.
shar p cornerofwork p iece [ 11 ] 李宇, 徐洲, 潘健生, 等. 渗碳件“ 尖角效应” 的定量表
4 结论与建议 征及其变化规律研究[ J ] . 热加工工艺, 2000 , 29 ( 2 ):
16-18.
( 1 )失效直线行走阀芯的断裂形式为拉 - 压载
荷引发的低应力高周疲劳断裂。
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