零件干式加工后表面腐蚀的发生机理及应对措施

2019-08-16 06:56李正李天琦
智富时代 2019年7期
关键词:切削速度干式湿式

李正 李天琦

【摘 要】在热后车干式加工的零件,不同程度地出现表面发黄,以某齿轮产品为例,曾由于质量把关严格而被迫暂时停止生产。经过理化分析和现场实验研究,最终找到问题原因。后通过采取针对性措施,持续观察,证实该种现象完全消失,生产得以继续进行。

【关键词】干式加工;发黄

一、问题发生

零件发黄这种现象,经现场反馈为长期出现,原因至今没有找到,主要发生在热后干式车削工序的零件中。了解到情况后,我们在现场密切观察,发现车削加工完成后二十分钟内,表面状态正常,符合检验通过标准,但仔细观察能看到表面并不十分干净,有雾状物覆盖。继续放置一段时间(一般20分钟)后,即会变黄。

该种黄色雾状物形成后,状态稳定,长期保持原样,在七天的测试时间内,没有发生进一步变化。后续通过理化分析,我们将此状况判断为金属腐蚀。

二、锈蚀分析

针对这个问题,我们首先对这种表面状况进行理化分析。

1.微观形貌。为了判断发黄部位组织是否被破坏,我们使用QUANTA 450扫描电镜,对发黄区域和正常区域进行微观形貌的观察,可以观察到,发黄部位的组织结构正常,与其他区域微观形貌保持一致,无差异。因此可以得出,该种变化的化学反应比较简单,没有发生深度腐蚀和破坏。

2.能谱分析。使用QUANTA 450扫描电镜进行能谱分析,来判断发黄部位的元素变化情况,发黄区域的氧元素明显增多,因此判断该种发黄过程,发生了氧化反应,同时可以看出,其他元素种类、原子数量均相比变化不大,可以证明此过程没有发生其他元素的损耗和杂质引入,因此可判断属于金属腐蚀。结合之前微观形貌观察结果,可初步判断属于化学腐蚀而排除电化学腐蚀。

3.光谱分析。为了检查样品材质是否存在异常,我们使用PDA-8000直读光谱仪样品材质进行检测分析,结果(重量百分比)如下(表一):我们将检验结果与8620RHK材质的技术要求对比,可以得出:样品在材质上与正常钢材没有区别,即可以排除材料缺陷而导致这种发黄现象这一可能原因。

三、现场实验

为了研究产生这种黄色腐蚀的原因,我们针对可能的影响因素,在现场进行了跟踪和实验。

1.干式车削完成后的存放环境因素

通过分析,我们判断存放环境可能的影响因素有:1.气温;2.空气湿度;3.车间空气杂质。针对这些因素,我们将20个零件加工完成后立即分别放置于不同存储条件下各四件。经过1小时后观察,所有零件全部产生黄色锈蚀。

从实验结果可以看,黄色锈蚀的产生与存放环境无关。而通过观察,我们发现在加工过程结束后,零件表面已经发生异常,表现为清洁度较差,有白色雾状物。而这种异常随时间转变为表面发黄的情况。同时结合之前的理化分析,由于零件材质是正常的,因此我们判断锈蚀是在加工过程中产生的。

2.干式车削过程的影响因素

由于理化分析结果我们认定此锈蚀为化学腐蚀,而此过程中能参与反应的气体主要为氧气,因此我们初步判断此过程为高温氧化反应。

为了研究车削温度的影响,我们在现场进行了如下实验:

⑴.按原参数加工50件零件。

⑵.将干式加工过程的进给速度和切削速度均降低为原来的一半

⑶.将干式切削变为湿式切削,即增加冷却液加工。

以上三类样品均加工同样的50件零件,加工完成后放置24小时后观察。以下为实验结果。

四、发黄锈蚀原因分析

通过理化分析和现场实验,我们确定了干车过程的高温是发黄的根本原因。由于此过程温度非常高,迅速发生了如下反应:

o2+Fe → Fe2o3

该过程形成氧化铁薄膜后覆盖在零件表面,即表现为发黄锈蚀。从式中可以看出,此过程与空气潮湿、温度等没有必要关系,仅是由于加工过程剧烈摩擦,导致刀片与零件接触的地方温度剧烈升高而发生氧化反应。

五、问题解决

在成本方面,我们通过研究得出,切削液目前通过回收、除油、除渣、除菌等操作进行重复利用以达到零排放的目标,因而切削液消耗量非常有限,而干式加工的润滑性、冷却性、清洗性不足可能会导致刀片磨损加快,同时防锈性不足导致零件容易生锈,因此,我们判断如果采用湿式加工,成本增加非常少甚至不新增加成本。同时也解决了生产线停止的问题,使产品继续得以生产,产品表面质量得到了保证。

现场试验的反复验证之后,我们结合车间的实际情况,同时将此情况与相关部门人员反复沟通,最终将1707056系列零件更改为湿式加工。后经过长时间验证,该零件没有发生过类似的情况。此种锈蚀情况得到根本的解决。我公司目前还存在其他热后干车的零件,我们计划将我们的研究结果与相关部门沟通,共同确定固化的处理方案。

六、问题展望

值得注意的是,通过现场实验和资料查询,我们发现切削速度与切削温度并不是完全正比的关系,每种工艺参数有一个对应的切削温度最高的切削速度范围,因此提高或降切削速度都可能会达到降低切削温度的效果。后续有条件下的情况下,我们应对干式加工进行更加细致地研究,如通过采用风冷、使用湿式加工、降低进给速度、调整切削速度等措施,設置最合适的工艺条件,确保加工品质,保证此类情况彻底不再发生。

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