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? ? ? ?隨著現(xiàn)代汽車整車技術(shù)的迅速發(fā)展,車半軸作為連接差速器與驅(qū)動(dòng)輪傳遞扭矩的重要橋梁,得益于車軸其表面高硬度心部強(qiáng)韌性等優(yōu)異性能,使得成為汽車架構(gòu)系統(tǒng)組成至關(guān)重要的關(guān)鍵零部件之一。車軸通過(guò)滲碳、淬火等熱處理工藝后最終在其表面形成一層有效硬化層。如果滲碳層厚度過(guò)深則使得滲碳件的心部硬度高,減低了滲碳件的抗沖擊韌性,使得滲碳件容易發(fā)生斷裂,厚度過(guò)淺則達(dá)不到熱處理的目的。因此滲碳層厚度檢測(cè)是熱處理工藝評(píng)定車軸質(zhì)量的重要值指標(biāo),是業(yè)界一直關(guān)注的問(wèn)題。然而現(xiàn)階段通用的金相檢測(cè)屬于有損檢測(cè),其余無(wú)損檢測(cè)技術(shù)則在精度上無(wú)法達(dá)到工程應(yīng)用需求且操作復(fù)雜。
? ? ? ?基于以上問(wèn)題,本文提出一種基于滲碳層與心部交界處應(yīng)力集中且無(wú)法消除,進(jìn)而對(duì)外表現(xiàn)出特定磁感應(yīng)強(qiáng)度的弱磁檢測(cè)技術(shù)車軸滲碳層厚度無(wú)損檢測(cè)方法。


圖1. 車半軸整體實(shí)物圖? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2. 車半軸規(guī)格示意圖
? ? ? ?車軸滲碳層厚度檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)主要包括待檢試件、TMR測(cè)磁傳感器部分與上位機(jī)三大部分,其檢測(cè)平臺(tái)如圖3所示,其上位機(jī)與下位機(jī)傳感器共同構(gòu)成了本文自主研發(fā)的車軸滲碳層厚度弱磁檢測(cè)儀。

圖3. 檢測(cè)平臺(tái)建立圖

圖4.?便攜式厚度檢測(cè)儀實(shí)物圖

圖5. 實(shí)際工裝檢測(cè)示意圖

圖6. 上位機(jī)軟件主頁(yè)面

圖7. 滲透層分析模塊界面

?(a) 端部花鍵外圓? ? ? ? ? ? ? ? ? (b) 桿部外圓? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (c) 軸承位外圓與端面R角
圖8. 待檢試件
? ? ? ?經(jīng)弱磁檢測(cè)技術(shù)計(jì)算處理得出的滲碳層深度與廠家金相切割試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表1所示,通過(guò)表1結(jié)果分析,本試驗(yàn)中四個(gè)檢測(cè)部位相對(duì)誤差分別為1.4%、3.7%、2.2%、3.5%。最小可達(dá)到1.4%,整體檢測(cè)效果精度極高誤差小,效果良好。此外軸承位外圓在未經(jīng)處理排除缺陷影響時(shí),弱磁檢測(cè)滲碳層深度區(qū)間為:5.95~1.71mm,平均深度為4.18mm。由此可見(jiàn)在檢測(cè)過(guò)程中工件存在缺陷時(shí)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成誤差影響較大。由于車軸在熱處理后存在缺陷的可能性比較大,但其缺陷大小一般是小于Φ1.0mm的細(xì)小裂紋缺陷。通過(guò)該試驗(yàn)我們對(duì)檢測(cè)過(guò)程中遇到缺陷進(jìn)行相關(guān)遞進(jìn)處理即將缺陷部位做平滑處理使其根據(jù)前面磁感應(yīng)變化趨勢(shì)均勻變化,或通過(guò)點(diǎn)測(cè)來(lái)消除缺陷對(duì)滲碳層深度檢測(cè)結(jié)果的影響。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表1 弱磁檢測(cè)滲碳層厚度與金相數(shù)據(jù)對(duì)比(單位:mm)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? ? ?通過(guò)對(duì)三組試件四個(gè)關(guān)鍵檢測(cè)部位的重復(fù)檢測(cè)試驗(yàn),針對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度信號(hào)幅值比與滲碳層厚度值的相關(guān)性進(jìn)行多次分析,并與實(shí)際試件檢測(cè)部位金相數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)誤差分析,驗(yàn)證了車軸滲碳層厚度弱磁檢測(cè)的可行性,并最終通過(guò)對(duì)隨機(jī)抽取整根車半軸試件多部位首先進(jìn)行弱磁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部位進(jìn)行切割金相試驗(yàn),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)弱磁檢測(cè)滲碳層厚度值與金相處理深度值作對(duì)比,分析比較各部位的相對(duì)誤差值,最終驗(yàn)證該車軸滲碳層厚度檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性與穩(wěn)定性。
? ? ? ?為了進(jìn)一步驗(yàn)證該弱磁檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性,我們將采取從工廠車間成品擺放處如圖9隨機(jī)抽取兩根完整試件來(lái)進(jìn)行抽檢。我們以上述試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的各部位磁彈系數(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行此次試驗(yàn)的固定標(biāo)定參數(shù),此外由上述試驗(yàn)的隨機(jī)試件先做金相切割有損試驗(yàn)獲取實(shí)際滲碳層厚度參數(shù)再進(jìn)行弱磁檢測(cè)順序變?yōu)橄葘?duì)隨機(jī)完整試件進(jìn)行弱磁無(wú)損檢測(cè)在檢測(cè)完成后對(duì)檢測(cè)部位由廠家進(jìn)行金相數(shù)據(jù)檢測(cè)得順序,最后與弱磁檢測(cè)滲碳層厚度值進(jìn)行比較進(jìn)行相對(duì)誤差計(jì)算并分析其意義。

圖9. 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試件抽取點(diǎn)
? ? ? ?在本次現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽檢試驗(yàn)過(guò)程中,最終隨機(jī)抽取試件為:CN110V中頻半軸與N300LEV中頻半軸,其檢測(cè)流程與上訴試驗(yàn)檢測(cè)流程相似,但在傳感器檢測(cè)試件方式上因?yàn)橹爸饕菍?duì)切割得小試塊進(jìn)行檢測(cè)由此固定傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)待檢試塊比較方便穩(wěn)定,但此次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是對(duì)完整得大型試件進(jìn)行待檢部位的檢測(cè),由于其試件個(gè)體大因此采取固定待檢試件,通過(guò)控制傳感器在滲碳層表面上滑動(dòng)來(lái)完成對(duì)待檢部位的檢測(cè)。最終檢測(cè)結(jié)果如表2以及表3所示,且后續(xù)廠家切割檢測(cè)部位并作金相處理結(jié)果如圖10所示。

圖10. 切割標(biāo)定金相
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?表2. CN110V中頻半軸弱磁檢測(cè)與金相數(shù)據(jù)對(duì)比分析
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表3. N300LEV中頻半軸弱磁檢測(cè)與金相數(shù)據(jù)對(duì)比分析
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? ? ?通過(guò)此次現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽檢試驗(yàn)結(jié)果分析可知,現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果精度誤差整體小于5%,試驗(yàn)結(jié)果整體趨于穩(wěn)定與之前試驗(yàn)檢測(cè)精度高度相似,此外車軸滲碳層厚度弱磁檢測(cè)儀檢測(cè)深度值與廠家金相切割數(shù)據(jù)值整體貼合度高。檢測(cè)誤差與滲碳層最大深度值與最小深度值的差值均在工廠實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)的可接收范圍之內(nèi),通過(guò)此次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn),充分證明了弱磁檢測(cè)技術(shù)在車軸滲碳層厚度實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中的實(shí)用性與穩(wěn)定性。此外相對(duì)于廠家主要采用的金相檢測(cè)方法,在檢測(cè)效率上將大大提高,且相對(duì)于弱磁檢測(cè)有損破壞檢測(cè)也會(huì)造成經(jīng)濟(jì)成本的提升,在金相檢測(cè)過(guò)程種隨機(jī)抽取試件做金相檢測(cè)在一定程度上有很大的代表性,但對(duì)于汽車半軸這種重要的結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)容不得一點(diǎn)馬虎,最好實(shí)現(xiàn)100%產(chǎn)品全部檢測(cè)。此外在檢測(cè)精度如此理想的狀態(tài)下,也可以通過(guò)在檢測(cè)過(guò)程中通過(guò)比較滲碳層厚度的最大值與最小值的插值及時(shí)對(duì)熱處理工藝各個(gè)加工參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié),擺脫過(guò)去由于金相驗(yàn)證周期較長(zhǎng),車間生產(chǎn)不等檢測(cè)結(jié)果的模式以至于經(jīng)常造成呈批次的生產(chǎn)不合格,進(jìn)而造成更大的經(jīng)濟(jì)成本增加。通過(guò)弱磁檢測(cè)技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)同步工作,可及時(shí)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)加工工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
? ? ? ?本文設(shè)計(jì)的車軸滲碳層弱磁檢測(cè)系統(tǒng)針對(duì)目前其他檢測(cè)技術(shù)的不足主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于提出一種全新檢測(cè)理論的檢測(cè)技術(shù),利用測(cè)磁傳感器無(wú)需外界激勵(lì)以及耦合直接對(duì)滲碳層表面磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)操作簡(jiǎn)單,在傳感器方面受相機(jī)成像測(cè)距啟發(fā),采用上下陣列的傳感器分布方式,通過(guò)構(gòu)建上下陣列傳感器幅值比與滲碳層厚度的數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)點(diǎn)滲碳層厚度的精準(zhǔn)測(cè)量,且檢測(cè)精度實(shí)現(xiàn)相對(duì)誤差小于5%,完全滿足工廠實(shí)際工作檢測(cè)精度需求。
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