本發(fā)明涉及一種零件無限壽命設(shè)計(jì)下的可回收性質(zhì)量評價(jià)方法，用于機(jī)械產(chǎn)品在無限壽命設(shè)計(jì)和粗放經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)情況下，機(jī)械產(chǎn)品報(bào)廢后零部件回收再制造的質(zhì)量評價(jià)。
背景技術(shù)：
：報(bào)廢機(jī)械零件再制造具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，能夠節(jié)約資源、能源和減少環(huán)境污染，再制造產(chǎn)品要比原制造產(chǎn)品成本低50％、節(jié)能60％、節(jié)材70％，再制造具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，能夠節(jié)約資源、能源和減少環(huán)境污染?；厥樟慵僦圃斓那疤崾瞧渚哂凶銐虻氖Ｓ鄰?qiáng)度和剩余壽命?，F(xiàn)有的可回收性評價(jià)多是經(jīng)驗(yàn)的，基于摩擦、磨損等表面質(zhì)量特性評價(jià)，不涉及機(jī)械疲勞失效的零部件。發(fā)達(dá)國家的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、抗疲勞設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)，我國機(jī)械設(shè)計(jì)水平還是以傳統(tǒng)S-N曲線為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì)，安全系數(shù)選取較高，零件危險(xiǎn)部位的最高應(yīng)力都小于零件的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，零部件屬于無限壽命設(shè)計(jì)，產(chǎn)品報(bào)廢時(shí)許多零部件還具有相當(dāng)可觀的剩余壽命。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明根據(jù)我國具體機(jī)械產(chǎn)品的無限壽命設(shè)計(jì)方法，提出一種零件無限壽命設(shè)計(jì)下的可回收性質(zhì)量評價(jià)方法，用于預(yù)測和評價(jià)零件無限壽命設(shè)計(jì)下的可回收表面質(zhì)量、可回收內(nèi)在質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種零件無限壽命設(shè)計(jì)下的可回收性質(zhì)量評價(jià)方法，具體步驟為：(1)回收零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)富裕量估算：根據(jù)材料的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和工藝強(qiáng)化影響系數(shù)或零件的強(qiáng)度試驗(yàn)，獲取零件的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等；根據(jù)零件的極限載荷，計(jì)算零件的危險(xiǎn)部位最大靜應(yīng)力和疲勞應(yīng)力；回收零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)富裕量為零件的強(qiáng)度與危險(xiǎn)部位最大應(yīng)力之差或之比，強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)為強(qiáng)度與最大應(yīng)力之比；(2)回收零件的表面質(zhì)量評價(jià)：回收零件的表面質(zhì)量評價(jià)包括外觀腐蝕、裂紋、變形檢查，以及磨損、尺寸、形位、粗糙度、光滑度檢測；根據(jù)回收零件的具體功能和特征，回收零件的表面質(zhì)量檢測指標(biāo)采用定量指標(biāo)或定性指標(biāo)；回收零件的磨損、腐蝕表面質(zhì)量評價(jià)是依據(jù)表面質(zhì)量來判斷回收零件是否滿足再制造要求，當(dāng)檢測出的表面質(zhì)量滿足可回收性要求時(shí)，則進(jìn)行下一步回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試；如果檢測出的表面質(zhì)量不滿足可回收要求，則進(jìn)行材料回收；(3)零件的機(jī)械特性測試：零件的機(jī)械特性測試包括原始零件和回收零件的硬度、頻率、剛度機(jī)械特性測試；硬度、頻率、剛度機(jī)械特性測試需要結(jié)合零件的失效形式和受力分析結(jié)果，其中回收零件的硬度測試位置是危險(xiǎn)部位的硬度，頻率測試是通過自由或工作模態(tài)試驗(yàn)測試，剛度測試是沿著容易產(chǎn)生裂紋的方向進(jìn)行測試；如果回收零件的硬度、頻率、剛度機(jī)械特性沒有變化或變化在傳感器測試精度范圍內(nèi)，可以說明回收零件無疲勞損傷，滿足可回收性要求；如果回收零件的硬度、頻率、剛度機(jī)械特性測試結(jié)果有變化且變化小于10％，則回收零件可能受到了疲勞損傷，回收零件可能進(jìn)入有限壽命，偏安全的情況下放棄回收再制造；如果回收零件的硬度、頻率、剛度機(jī)械特性測試結(jié)果有變化且變化大于10％，則進(jìn)行下一步回收零件的制造工藝意外缺陷檢測；(4)回收零件的制造工藝意外缺陷檢測：回收零件的工藝意外檢測是檢測相關(guān)零件無損傷的情況下，原始零件由于各種意外原因造成的失誤，對于工藝意外缺陷通過修復(fù)工藝進(jìn)行評價(jià)，如果難以修復(fù)，則進(jìn)行材料回收；如果容易修復(fù)，則進(jìn)行再制造修復(fù)，滿足可回收性要求；(5)回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命評價(jià)：回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命評價(jià)是判斷回收零件的是否滿足可回收性要求，對于無限壽命設(shè)計(jì)的零件，當(dāng)回收零件的表面質(zhì)量滿足要求、且回收零件的硬度、頻率、剛度機(jī)械特性和原始零件的硬度、頻率、剛度機(jī)械特性相比沒有發(fā)生變化時(shí)，可以認(rèn)為回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命沒有變化，滿足可回收性要求；當(dāng)回收零件的硬度、頻率、剛度機(jī)械特性變化很大，相關(guān)零件無損傷，回收零件的機(jī)械特性變化屬于可以修復(fù)的工藝意外缺陷，則認(rèn)為回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命滿足可回收性要求；其它情況都屬于不滿足可回收性要求，進(jìn)行材料回收和報(bào)廢。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的零件無限壽命設(shè)計(jì)下的可回收性質(zhì)量評價(jià)方法，可用于機(jī)械產(chǎn)品在無限壽命設(shè)計(jì)和粗放經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)情況下，機(jī)械產(chǎn)品報(bào)廢后零部件回收再制造的質(zhì)量評價(jià)。使機(jī)械產(chǎn)品報(bào)廢后零部件回收再制造節(jié)約資源、能源和減少環(huán)境污染，再制造產(chǎn)品要比原制造產(chǎn)品成本低50％、節(jié)能60％、節(jié)材70％，再制造具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。附圖說明圖1為原始和回收的某工程機(jī)械液壓油缸活塞桿體示意圖；圖2為活塞桿耳環(huán)圖；圖3為活塞缸耳環(huán)臺階圖；圖4為活塞桿螺紋處圖；圖5為本發(fā)明的零件無限壽命設(shè)計(jì)下的可回收性質(zhì)量評價(jià)方法流程框圖。具體實(shí)施方式如圖5所示，本發(fā)明的零件無限壽命設(shè)計(jì)下的可回收性質(zhì)量評價(jià)方法，包括：1.回收零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)富裕量估算；2.回收零件的磨損、腐蝕等表面質(zhì)量評價(jià)；3.零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試；4.回收零件的制造工藝意外缺陷檢測；5.回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命評價(jià)。實(shí)例例：以原始和回收的某工程機(jī)械液壓油缸活塞桿體為對象，如圖1所示。在圖1活塞桿中，001#是原始未使用的新活塞桿，002#、003#和004#是回收的活塞桿?；钊麠U體包括桿身和耳環(huán)，耳環(huán)和桿身為一體式鍛件，活塞桿桿身直徑為55mm，材料45號鋼，熱處理調(diào)質(zhì)處理并進(jìn)行表面淬火，表面硬度50-55HRC，淬火深度1-3mm；桿身鍍硬鉻，深度0.05-0.06mm；液壓缸的工作壓力為20MPa，極限壓力25MPa。1、回收零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)富裕量估算：根據(jù)材料的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和工藝強(qiáng)化影響系數(shù)或零件的強(qiáng)度試驗(yàn)，獲取零件的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等；根據(jù)零件的極限載荷，計(jì)算零件的危險(xiǎn)部位最大靜應(yīng)力和疲勞應(yīng)力；回收零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)富裕量為零件的強(qiáng)度與危險(xiǎn)部位最大應(yīng)力之差或之比，強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)為強(qiáng)度與最大應(yīng)力之比。對于本例，液壓油缸在極限25MPa壓力下，活塞桿的最大靜等效應(yīng)力為79MPa，活塞桿材料的抗拉強(qiáng)度為852MPa，活塞桿靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)為10.2；假設(shè)活塞桿拉壓對稱最大應(yīng)力為最大靜等效應(yīng)力為79MPa，活塞桿材料的拉壓對稱循環(huán)疲勞極限約為288MPa，活塞桿疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)為3.47，活塞桿屬于無限壽命設(shè)計(jì)。2、回收零件的磨損、腐蝕等表面質(zhì)量評價(jià)：回收零件的表面質(zhì)量評價(jià)主要包括外觀檢查(腐蝕、裂紋、變形等)，磨損、尺寸、形位、粗糙度、光滑度等檢測。根據(jù)回收零件的具體功能和特征，回收零件的表面質(zhì)量檢測指標(biāo)可以定量的指標(biāo)，也可以是定性的指標(biāo)；不同零件的表面質(zhì)量退化形式和表面質(zhì)量檢測內(nèi)容等也不相同。回收零件的磨損、腐蝕等表面質(zhì)量評價(jià)是依據(jù)表面質(zhì)量來判斷回收零件是否滿足再制造要求。當(dāng)檢測出的表面質(zhì)量滿足可回收性要求時(shí)，則進(jìn)行下一步回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試；如果檢測出的表面質(zhì)量不滿足可回收要求，則進(jìn)行材料回收。對于本例活塞桿表面質(zhì)量評價(jià)過程包括：(1)通過外觀和尺寸檢查，沒有發(fā)現(xiàn)活塞桿破損和尺寸變化，沒有裂紋、磨損和變形；(2)回收活塞桿表面002#一處磕碰，一處劃傷，回收活塞桿表面003#和004#各一處磕碰；(3)通過尺寸測試活塞桿耳環(huán)沒有明顯磨損，如圖2所示；(4)活塞桿耳環(huán)臺階，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。如圖3所示；(5)活塞桿螺紋尺寸都滿足設(shè)計(jì)要求，桿體螺紋無裂紋、無磨損，如圖4所示。對于回收活塞桿002#、003#、004#，表面質(zhì)量評價(jià)結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)桿體變形，桿體沒有裂紋，活塞桿耳環(huán)內(nèi)軸承沒有發(fā)現(xiàn)明顯磨損或磨損不均勻，耳環(huán)臺階處沒有裂紋和損傷，桿體螺紋沒有裂紋和損傷，但桿體有磕碰及劃傷，但均可修復(fù)。經(jīng)分析本例回收活塞桿通過表面質(zhì)量評價(jià)，可以進(jìn)行下一步內(nèi)在質(zhì)量評價(jià)。3、零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試：零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試包括原始零件和回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試。硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試需要結(jié)合零件的失效形式和受力分析結(jié)果，其中回收零件的硬度測試位置是危險(xiǎn)部位的硬度，頻率測試是通過自由或工作模態(tài)試驗(yàn)測試，剛度測試是沿著容易產(chǎn)生裂紋的方向進(jìn)行測試。如果回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性沒有變化(或變化在傳感器測試精度范圍內(nèi))，可以說明回收零件無疲勞損傷，滿足可回收性要求；如果回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試結(jié)果有變化且變化小于10％，則回收零件可能受到了疲勞損傷，回收零件可能進(jìn)入有限壽命，偏安全的情況下不建議回收再制造；如果回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性測試結(jié)果有變化且變化大于10％，則進(jìn)行下一步回收零件的制造工藝意外缺陷檢測。對于本例，通過對活塞桿體的模態(tài)試驗(yàn)，獲得回收活塞桿以及新活塞桿的固有頻率結(jié)果如表1所示。表1各活塞桿固有頻率注：*表示頻率超過了傳感器線性范圍，作為參考。回收的活塞桿與全新活塞桿相比變化率如表2所示。表2回收活塞桿頻率變化率階數(shù)回收桿2回收桿3回收桿41+0.167％-0.239％+0.181％2+0.241％-0.109％+0.231％3*-3.222％-1.474％-1.377％4*+0.016％-0.323％-0.187％5*-1.974％-2.239％-2.274％6*-0.228％-0.463％-0.679％根據(jù)上述結(jié)果可知回收桿的前2階固有頻率與新桿相比，固有頻率變化率均在0.25％以內(nèi)，在傳感器誤差允許范圍內(nèi)。所以認(rèn)為回收桿的固有頻率與新桿相比沒有變化。原始和回收活塞桿硬度測試結(jié)果如表3所示表3試驗(yàn)測量的硬度值(單位：HRA)從表3中可以看出，測得的回收桿件002#、003#、004#的表面硬度分別為61.9、61.8、61.9，其與新件的表面硬度79.2相比分別降低了21.7％、21.9％、21.7％，需要進(jìn)行下一步回收零件的制造工藝意外缺陷檢測。4、回收零件的制造工藝意外缺陷檢測；回收零件的工藝意外檢測主要是檢測相關(guān)零件無損傷的情況下，原始零件由于各種意外原因造成的失誤，例如未淬火、裝配失誤等。對于工藝意外缺陷通過修復(fù)工藝進(jìn)行評價(jià)，如果難以修復(fù)，則進(jìn)行材料回收；如果容易修復(fù)，則進(jìn)行再制造修復(fù)，滿足可回收性要求。對于本例，活塞桿和相關(guān)的零件沒有回收明顯的損傷，根據(jù)對比可知回收的活塞桿測試硬度值與未經(jīng)淬火活塞桿的硬度值相近，所以判斷回收活塞桿硬度低于新桿的原因是未經(jīng)過淬火工藝所致，同時(shí)與活塞桿002#、003#、004#存在軟拉傷的情況正好對應(yīng)。該缺陷為可修復(fù)缺陷，即進(jìn)行淬火處理即可，滿足可回收性要求。5、回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命評價(jià)?；厥樟慵氖Ｓ鄰?qiáng)度和剩余壽命評價(jià)是判斷回收零件的是否滿足可回收性要求。對于無限壽命設(shè)計(jì)的零件，當(dāng)回收零件的表面質(zhì)量滿足要求、且回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性和原始零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性相比沒有發(fā)生變化時(shí)，可以認(rèn)為回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命沒有變化，滿足可回收性要求；當(dāng)回收零件的硬度、頻率、剛度等機(jī)械特性變化很大，相關(guān)零件無損傷，回收零件的機(jī)械特性變化屬于可以修復(fù)的工藝意外缺陷，則認(rèn)為回收零件的剩余強(qiáng)度和剩余壽命滿足可回收性要求；其它情況都屬于不滿足可回收性要求，進(jìn)行材料回收和報(bào)廢。當(dāng)前第1頁1 2 3