銅蝸輪是平地機核心零部件——蝸輪箱的重要零部件，負責將動力傳遞至工作裝置，使之進行回轉(zhuǎn)運動。在這工作過程中，銅蝸輪會受到?jīng)_擊負荷，容易發(fā)生斷裂事故。

銅蝸輪的產(chǎn)品品質(zhì)，直接影響整機性能。目前市場反饋主要為銅蝸輪開裂，平均故障時間約為250h，其中46%為100h以內(nèi)的早期故障，市場外反饋率為1.94%。銅蝸輪結(jié)構(gòu)形式為銅鐵合鑄，外層為銅內(nèi)層為鐵，通過鑄造將兩種材料連接在一起(如圖1)。

1銅蝸輪斷裂原因分析

經(jīng)采用目測及電子顯微鏡等手段，對銅蝸輪斷面進行了分析研究(如圖2～圖4)。

對上列4張圖片作進一步分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)銅蝸輪鑄造工藝不合理，鑄造品質(zhì)控制薄弱;

(2)鑄造應力大，應力釋放造成了從鑄造缺陷處斷裂。

2方案制定及實施效果

針對鑄造工藝不合理與鑄造品質(zhì)控制薄弱的問題，采取改進鑄造工藝，控制鑄造品質(zhì)的方案;針對鑄造應力大，應力釋放造成從鑄造缺陷處斷裂，采取熱處理去應力及更改結(jié)構(gòu)形式兩種方案。

2.1改進鑄造工藝、控制鑄造品質(zhì)

改進鑄造工藝，對比不同鑄造工藝的鑄造品質(zhì)與應力狀況，降低鑄造雜質(zhì)并改善銅鑄件的晶粒度。最終選擇鐵芯鑄造，加工好后，在鐵芯澆鑄銅時，采用離心鑄造的方法。控制鑄造品質(zhì)，要求鑄造廠家每爐鑄件須提供規(guī)定形狀的試樣一件及檢驗報告一份，并要求質(zhì)檢部門按規(guī)定頻次抽檢(圖6、圖7)。

3.2研究熱處理去應力的可行性

根據(jù)金屬材質(zhì)制定固溶高溫時效與固溶中溫時效兩種熱處理方法，并跟蹤試驗兩種方案。

(1)固溶高溫時效。加熱820～850℃，保溫3h，水冷，600℃退火。

(2)固溶中溫時效。加熱820～850℃，保溫3h，水冷，500℃退火。

經(jīng)過熱處理的銅蝸輪，在晶粒度方面均有提升，但通過破壞性試驗，發(fā)現(xiàn)銅蝸輪仍有開裂的現(xiàn)象，可見熱處理能起到一定的效果，但尚不能完全滿足目標的要求。

3.3研究更改結(jié)構(gòu)形式以減少應力的可行性

原銅蝸輪結(jié)構(gòu)為銅鐵合鑄。在鑄造過程中，因銅與鐵的收縮率不一致，造成鑄造應力大。為減少應力，研究更改結(jié)構(gòu)形式為鑲嵌裝配式。將銅與鐵分別鑄造加工，通過配合與螺釘連接。經(jīng)破壞性試驗，發(fā)現(xiàn)銅蝸輪開裂的比率有明顯下降。

3.4效果驗證

通過無損檢測及溫度急劇變化的破壞性試驗，確定改進效果，改進后的銅蝸輪自2010年后無品質(zhì)問題反饋。

4結(jié)束語

通過改進鑄造工藝、控制鑄造品質(zhì)、熱處理去應力與結(jié)構(gòu)形式的改變，可以有效地改進銅蝸輪斷裂的品質(zhì)問題。