预应力硬态切削的残余应力及表面形态

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳寿命.文中针对轴承套圈外滚道表面的残余应力问题,采用预应力硬态切削方法,来主动控制轴承零件加工表面的残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命.通过切削实验对比,分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力和加工表面硬度,并对轴承套圈的加工表面形貌和状态进行了研究.结果表明,预应力硬态切削方法可以在轴承套圈加工表面获得合适的残余压应力状态和良好的表面质量.     

预应力硬态切削对轴承套圈加工表面残余应力及形态的影响

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力的分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳强度及寿命,本文针对轴承套圈外滚道表面残余应力的问题,采用预应力硬态切削方法,以主动控制轴承零件加工表面残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命。文中对比和分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力,并研究了加工表面硬度、表面粗糙度以及表面状态等。结果表明,预应力硬态切削可以获得满意的残余压应力状态和较好的表面质量。     

轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触界面疲劳寿命的影响

为了预测轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触寿命的影响规律,基于高级非线性有限元分析软件MARC,建立了具有平面应变特征的二维滚动接触寿命预测模型,并在二维有限元模型的表面和次表面对应施加了轴承钢硬切削实验所测残余应力,模拟计算典型服役条件下的滚动接触应力;采用基于S N寿命理论的Miner法则,计算轴承钢滚动界面的疲劳接触寿命,分析了在不同摩擦系数、滚动接触频率和外加载荷工况下,硬切削残余压应力对疲劳寿命的影响.结果表明,硬切削残余压应力可使轴承钢的滚动接触疲劳寿命提高10％~30％.其中,载荷对滚动接触疲劳寿命影响最大,摩擦系数的影响最小.     

基于热力耦合分析的预应力切削残余应力研究

对预应力切削的已加工表面残余应力状态进行热力耦合分析,通过对机械应力和热应力在工件表面分布的叠加,发现加工表面存在3种不同的残余应力类型,文中定性讨论了其产生条件,并进一步分析了刀具切削刃钝圆和预应力对工件表面残余应力状态的影响.最后采用不同钝圆半径的刀具和预应力对表面淬火硬化的40Cr合金钢进行硬态切削实验,并将实验结果与理论分析结果进行了对比.结果表明:切削刃钝圆影响残余应力的大小和分布;钝圆半径越大,残余压应力越大,应力层也越厚;预应力可以有效提高加工表面的残余压应力,而对其分布基本没有影响;实验结果和理论分析相吻合,说明文中理论分析是正确的.     

基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

预应力硬态切削的热力耦合模型及数值模拟

基于预应力切削原理,分析了工件材料的本构关系、刀屑接触面的摩擦模型以及热控制方程等切削模拟中的关键技术.采用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)和网格自适应技术实现了切屑的分离,建立了预应力切削的三维热力耦合有限元模型.对轴承套圈的预应力硬态切削过程进行了模拟,获得了不同预应力条件下的切削力、切削温度和已加工表面残余应力的分布规律,并与实验数据进行了比较和分析.结果表明,两者具有较好的一致性.     

高速铣削高强高硬钢加工表面残余应力研究

研究高速铣削高强高硬钢时,铣削参数与加工表面残余应力的关系.进行了高速铣削高强高硬钢时的切削温度、切削力实验研究,分析了切削参数对平均切削温度、平均切削力的影响规律,分析了切削力、切削热以及由其引起的微观组织变化对加工表面残余应力的影响.结果表明,高速铣削高强高硬钢时,加工表面产生明显的残余应力.在所选用切削参数范围内,皆产生残余压应力;切削力以及切削热引起的金相组织变化是产生残余压应力的主要原因;在所选用的切削范围内,随着切削速度的增加,加工残余压应力增大,残余应力的影响深度增大.     

滚动轴承超精硬切削参数的优选方法体系

基于获得最长的滚动接触疲劳寿命，提出了滚动轴承耦合具体服役工况的超精硬切削参数的优选方法体系．根据该体系优选的切削参数，在满足零件精度要求的前提下，能够使特定外载荷谱下的零件表面残余应力与赫兹接触应力进行合理匹配，使失效点处应力为最小，实现滚动轴承理论上的最长疲劳寿命．以滚动轴承的典型工况为例进行验算．结果表明，如果硬切削参数的优化结果仅仅以表面精度为约束条件，而不依据本文提出的方法体系，将导致零件的滚动接触疲劳寿命相差约35倍．     

X射线法探索残余应力对接触疲劳性能的影响

本文通过几种不同接触疲劳状态残余应力测试及半高宽变化,探索了残余应力对接触疲劳性能的影响。用残余压应力可减缓疲劳损伤的观点,阐明残余应力在接触疲劳过程中的作用,继而又着重对几种不同接触疲劳状态下,半高宽变化的分析,进一步阐明疲劳损伤的含义,并用孪晶马氏体的观点分析了渗层交界处发生硬层压馈的原因。     

螺杆的预应力硬态切削加工

基于预应力切削原理,设计了一种用于车削加工的预应力加载装置,以解决对工件施加较大预应力同时进行车削的难题;采用PCBN刀具对加载不同预应力的螺杆进行了车削实验,研究了不同预应力条件下工件的预应力、工件表面的残余应力、工件表面粗糙度、预应力对切削力的影响以及PCBN刀具的磨损情况,并与普通硬态切削加工进行比较.实验结果表...     

预应力硬态切削的热力耦合模型及数值分析

基于预应力切削的原理,建立了模拟预应力硬态切削轴承套圈的热力耦合有限元模型,采用任意拉格朗日－欧拉方法(ALE)和网格自适应技术来实现切屑的分离。分析研究了工件材料的本构关系、刀屑接触面的摩擦模型以及热控制方程等切削模拟中的关键技术。将不同预应力条件下数值模拟结果与实验数据进行了比较和分析,两者具有较好的一致性。     

预应力加工表面残余应力的理论分析

提出了一种理论分析的方法，对预应力切削、磨削加工时所形成的表面残余应力进行定量分析．利用热弹塑性力学理论和有限元方法，从理论上计算已加工表面残余应力，讨论预应力加工条件对加工表面残余应力的影响，从而为表面残余应力的控制提供了理论依据。     

预应力时效性对磨削强化表面应力的影响

为了获得不同预应力卸载时间的磨削硬化层残余应力值及马氏体含量,进行了预应力淬硬磨削实验.对预应力磨削进行仿真,得到了工件表层的温度变化情况及预应力卸载时间对表面机械热应力的影响.结合实验数据和仿真模拟,讨论了预应力时效性对相变和相变应力的影响.结果表明:在7s内,预应力具有一定的时效性;随着卸载时间的增加,晶体内部晶界伸长,马氏体含量有所增加,加工表面残余压应力增加.     

压痕对车轴钢疲劳极限的影响

利用硬度计在光滑沙漏状车轴钢疲劳试样上制造压痕,同时利用电火花在试样上加工缺陷,通过疲劳试验研究两种缺陷尺寸与试样疲劳极限之间的关系。将两类试样的测试结果和基于材料硬度、缺陷投影面积的Murakami模型计算结果进行对比。利用扫描电镜观察试样疲劳断口。结果表明,与计算结果相比较,压痕局部塑性变形导致的加工硬化和残余应力对试样的疲劳强度没有影响,裂纹依然从应力集中最大的压痕底部起裂。电火花缺陷表面粗糙度较大引起二次缺口效应,表面硬脆的重铸白层上还有微孔和微裂纹存在,导致此类试样疲劳强度低于模型计算结果,裂纹从电火花缺口底部多处萌生。     

预应力磨削表面残余应力的研究

一般常规磨削试件常得到表面残余拉应力,这种残余拉应力使工件的疲劳强度大为降低,而且在腐蚀环境中容易腐蚀。如果能获得表面残余压应力,则其疲劳强度大大提高,抗腐蚀性能会有所改善。本文对45号钢退火试件预加拉伸应力进行磨削试验,结果表明可使试件表面获得残余压应力,从而为控制和调整已加工表面残余应力提供一条新的途径。     

磨削工艺对GCr15钢表面状态和机械性能的影响

本文研究了磨削工艺对GCr15轴承钢表面状态和机械性能的影响,试验结果表明:磨削加工时采用大的横向进给量,不仅易使变质层增厚,残余应力分布恶化,而且也降低了钢的机械性能,尤其弯曲疲劳强度和接触疲劳寿命降低更为显著。因此,严格控制横向进给量对提高零件的使用寿命是有益的。