滤油器总成套筒颈端口开裂故障分析

滤油器总成套筒颈端口开裂故障分析

唐旭凤

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摘要：某型变速器在工作过程中出现了滤油器总成套筒与底座连接处漏油故障，现场对滤油器总成进行油压强度试验及分解检查，发现漏油部位为套筒颈端口且有裂纹产生。以套筒颈端口产生裂纹为顶事件对其故障原因进行分析，结果表明，套筒由于筒体过长，采用多次拉伸，而在拉伸过程中未进行退火消除应力处理，导致应力集中；同时由于滤油器总成套筒实际厚度远小于设计厚度，导致套筒颈端口安全裕度小于1，进而造成滤油器总成套筒在工作过程中由于用力集中和厚度减薄问题产生裂纹，造成滤油器总成漏油。提出了优化套筒结构并在拉伸过程中进行退火消除应力处理的解决措施，防止滤油器套筒颈端口再次开裂。

关键词：滤油器套筒；裂纹；颈端口厚度；应力集中

Abstract:In the process of working, there is an oil leakage fault at the connection between the sleeve and the base of the oil filter assembly on a certain type of transmission, ,and the oil pressure strength test and decomposition inspection of the oil filter assembly are carried out on the spot,  it is found that the oil leakage part is the sleeve neck port and there are cracks. The results show that the sleeve is stretched many times due to the length of the cylinder, and no annealing stress relief treatment is carried out during the stretching process, resulting in stress concentration; at the same time, because the actual thickness of the oil filter assembly sleeve is much less than the design thickness, the safety margin of the sleeve neck port is less than 1, which causes cracks in the oil filter assembly sleeve due to force concentration and thickness thinning problems in the working process, resulting in oil leakage of the oil filter assembly. The solution of optimizing the sleeve structure and annealing stress relief treatment during the tensile process is proposed to prevent the re-cracking of the sleeve neck port of the oil filter.

Keywords: Oil filter sleeve; Crack; Neck port thickness; Stress concentration

0 引言

滤油器是控制润滑油系统油质的重要组成部件，通常是用来过滤杂质的[1-2]。滤油器总成套筒作为容纳润滑油的容器，若存在设计结构不合理；材料不具备良好的强度、硬度和塑性等机械性能；制造过程中由于未充分进行热处理，造成应力集中等，易造成套筒疲劳破坏产生开裂现象，从而导致滤油器总成漏油[3]。以套筒颈端口产生裂纹作为顶事件，对从设计、制造方面对滤油器总成套筒与底座连接处漏油故障原因进行分析和研究，找出滤故障原因并提出优化改进方案。

1 故障现象

某型变速器在工作过程中出现滤油器总成套筒与底座连接处漏油，滤油器油液是从套筒与滤芯之间的腔体进入到滤芯中心，再从螺塞中的中心孔流出进入到滤油器底座，达到过滤效果。对滤油器组成部件套筒座、套筒、滤芯和滤油器底座等零件进行排查，并进行2.5MPa油压强度试验，发现漏油部位为套筒颈端口；再对套筒进行解剖分解检查，发现套筒颈端口有裂纹，如图1。由此可知，滤油器总成套筒颈端口产生裂纹是造成漏油的原因。

图1 套筒颈端口裂纹

3 故障原因分析

3.1套筒设计和选材不合理

对滤油器总成套筒进行有限元仿真分析和计算，在油、自身重力和2.5MPa油压作用下，发现套筒颈端口的最大应力为158.59MPa，未超过材料本身屈服极限197MPa，见图2，安全裕度为1.25，不会产生疲劳破坏、塑性变形和开裂现象。

图2 应力云图

3.2拉伸过程中未进行退火消除应力处理

该滤油器套筒加工流程如图3，加工过程中采用板材4道拉伸，第一步拉伸为直径300的筒体，修边；第二步拉伸为直径250的筒体，修边；第三步拉伸为直径200的筒体，修边；第四步拉伸为直径140的筒体，修边。由于拉伸筒体较长，又采用多次拉伸，SPCC钢板在冲压成型过程中会引起厚度减薄、残余应力、塑形应变等现象[4-5]，若多次拉伸过程中未采用退火等热处理，容易造成应力集中。

图3 套筒加工流程

3.3制造过程中尺寸未达到设计要求

由于滤油器总成套筒为悬置结构，套筒颈端口受力相对较大，颈端口厚度越薄时，就越容易造成套筒开裂。该滤油器套筒采用的加工方法为先拉伸成型，再对套筒孔口处进行车削。在实际加工过程中，筒体拉伸后颈端口厚度本就会减薄，为了满足某些尺寸要求再对孔口机加，易造成某些套筒最薄处的厚度减薄；现场对开裂和未开裂的套筒颈端口厚度进行测量，发现产生裂纹的套筒颈端口厚度远小于未开裂套筒颈端口厚度。对开裂套筒进行有限元分析，发现套筒颈端口处最大应力为198.82MPa，见图4，超过材料自身屈服极限197MPa，安全裕度小于1，导致套筒颈端口产生塑性破坏；此外，在多次拉伸过程中又未进行退火消除应力处理，造成应力集中，故而滤油器套筒在工作时产生了裂纹，从而出现滤油器套筒与底座连接处漏油故障。

图4 应力云图

4 解决措施

通过以上分析，滤油器套筒开裂是由于加工过程中颈端口厚度减薄，在油、自身重力和油压作用下，产生塑性破坏；此外，由于套筒筒体过长，采用多次拉伸，而在拉伸过程中又未进行退火消除应力处理，导致套筒产生应力集中，造成套筒产生裂纹，出现滤油器套筒与底座连接处漏油。为防止滤油器套筒出现问题，对该套筒进行了结构优化，由一体式结构改为焊接式结构，套筒颈端口部位采用机加方式保证其厚度，筒体部位同样采用拉伸成型，并在拉伸过程中进行退火消除应力处理，采用自动氩弧焊将两部分连接起来。目前该结构套筒已约2年，不再出现开裂故障。

5 结论

（1）滤油器套筒多次拉伸过程中未进行退火热处理，导致套筒在冲压成型过程中留有残余应力、产生塑形应变。

（2）滤油器套筒为悬臂结构，若颈端口厚度过薄，会造成套筒在承受油和重力作用下产生塑性破坏；同时套筒在拉伸过程中未进行退火消除应力处理，造成应力集中，导致滤油器套筒开裂。

（3）采用焊接式结构，保证套筒颈端口厚度及拉伸过程中进行退火消除应力处理，有效防止颈端口再次开裂，优化结构已使用近2年，未出现过同类情况。

参考文献

[1] 刘流,张承红,张鲲羽,等. 双联滤油器内部磨损的原因分析与改进设计[J] .技术交流,2020.03.003.

[2]李晓辉. 浅谈滤油器的作用及其对系统性能的影响[J]. 内蒙古科技与经济, 2003(3): 98-100.

赖宝文. 影响汽轮机润滑油品质劣化的原因分析 [J]. 广东科技, 2009(6): 134-135.

[3]邹彤雯.热处理工艺对金属材料抗疲劳性能的影响[J] .(2020)20:26-03.

[4]付杰,董炎锋,付广柱,等. 热处理对提高疲劳强度与修复疲劳裂纹的影响[J] .热处理技术与装备, (2014) 06:40-03.

[5] 刘娜． 热处理工艺对金属材料抗疲劳性能影响分析［J］.冶金与材料，2020,40(04):2.