强化研磨加工的仿真及试验

强化研磨加工可改善轴承零件表面残余应力状态,介绍了新型强化研磨机的结构和工作原理,利用有限元分析软件建立强化研磨加工的碰撞分析模型,并对深沟球轴承套圈进行了强化研磨试验,结果表明,该方法可以使轴承零件加工表面产生残余压应力,提高工件服役可靠性。     

轴承套圈强化研磨表面残余应力试验研究

结合疲劳裂纹扩展原理,分析残余压应力对材料表面的疲劳裂纹扩展速率的影响。采用电磁无心夹具对轴承套圈进行定位,利用新型轴承强化研磨机对轴承套圈表面进行加工,基于X射线衍射法测定轴承套圈加工后的表面残余应力。试验结果表明,强化研磨加工使轴承套圈表面的残余压应力增大,提高工件服役可靠性。     

强化研磨时工件转速对轴承套圈表面加工质量的影响

强化研磨是一种基于复合加工方法的抗疲劳、抗腐蚀、抗磨损金属材料精密加工技术,利用该技术可加工出具有残余应力的轴承套圈。为了提高强化研磨轴承套圈的加工质量,在其他工艺参数保持不变的情况下,对工件转速进行了单一变量试验,通过检测轴承套圈内圈沟道表面粗糙度与硬度的变化,分析了工件转速对加工质量的影响及作用机制。     

轴承套圈沟道强化研磨加工中碰撞数值模拟分析

针对球轴承套圈强化研磨加工过程中的钢球与沟道的碰撞,采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,利用ABAQUS/Explicit显式算法进行动态数值模拟,从系统能量转换、表面强化及表面残余应力3个方面进行了分析。结果表明:强化研磨加工能够改善轴承沟道表面性能,产生有利于延长轴承寿命的表面残余压应力。     

轴承强化研磨加工时间对沟道表面残余压应力的影响

通过试验探讨了在轴承强化研磨加工中加工时间对套圈沟道表面残余压应力的影响。试验结果表明,加工时间对残余压应力影响反应很快,开始加工时间区段,随着加工时间的增加,残余压应力增大,随着时间的推移,增加速度变慢并逐渐趋于稳定。     

强化研磨磨料配比试验

在不同直径组合的轴承钢球、不同粒度组合的研磨粉条件下,对轴承套圈进行强化研磨加工试验,并测量了加工后套圈表面的硬度和粗糙度。试验分析结果表明:随着钢球直径的增大,加工后工件表面硬度先增大后减小;研磨粉粒度越大,加工工件表面粗糙度越小,为强化研磨磨料配比的选择提供了依据。通过加工前后轴承套圈表面SEM扫描,发现加工前较加工后表面光洁,但是加工后的套圈表面出现了许多类似于小坑洼的"油囊",使套圈表面具有自润滑功能,因此可以提高润滑油的利用率,并延长轴承使用寿命。     

强化研磨喷射时间对内圈沟道尺寸和残余应力的影响

以SKF61910深沟球轴承内圈加工为例,基于Abaqus/Explicit建立强化研磨三维随机碰撞模型,分析强化研磨喷射时间对轴承内圈沟道尺寸和残余应力的影响,结果表明:随喷射时间增加,在2 min前内圈沟道尺寸增大,2～12 min时内圈沟道尺寸减小,12 min后不再显著变化;随喷射时间增加,轴承内圈沟道表面残余应力先增大后趋于稳定。实际强化研磨试验后测量内圈沟道尺寸和残余应力变化,结果与仿真分析变化趋势一致,且误差在允许范围之内。     

研磨工艺对工件表面粗糙度及残余应力的影响

通过试验探讨了研磨过程中磨料粒度、研磨压力和研磨速度等工艺参数对工件表面粗糙度及残余应力的影响。试验结果表明,磨料粒度和研磨压力对工件表面粗糙度的影响较大,而研磨速度的影响较小;研磨使工件表面产生残余压应力,日残余压应力随磨料粒度、研磨压力及研磨速度的增大而增大。     

轴承钢顺次磨削表面残余应力离散度试验研究

以轴承钢顺次磨削表面的残余应力离散度为研究对象,基于X射线衍射法顺次测试了轴承套圈淬硬热处理、粗磨、精磨和超精磨削后,轴承滚道表面环向和轴向残余应力.测试结果表明,淬硬热处理工件的残余应力标准差约为超精工序的3倍;淬硬热处理轴承套圈经超精磨削工序,其表面的环向和轴向残余应力离散度降至20 MPa.研究表明淬硬轴承钢热处理及同一道磨削工序工件表面残余应力存在较大离散性,"粗磨-精磨-超精"顺次磨削工艺叠加后,工件表面残余应力离散度呈现收敛性;淬硬热处理轴承套圈经过顺次磨削工序叠加加工后,表面残余压应力平均值获得大幅提高.这为进一步系统揭示磨削工艺对淬硬轴承钢套圈表面残余应力及其离散度影响规律提供了科学数据.     

陶瓷加工表面残余应力研究进展

工程陶瓷材料具有高脆硬性,导致断裂强度和韧性对表面残余应力非常敏感。本文综述了工程陶瓷的磨削加工表面和特种加工表面的残余应力研究进展,重点从预应力磨削、电火花加工、超声辅助研磨、激光加工等角度阐述了陶瓷加工表面残余应力形成机理和分布规律。并从表面抛光、喷丸强化处理、退火处理等方式考虑对陶瓷加工表面残余应力分布进行后续调整。     

强化研磨中微凹坑对轴承摩擦性能的影响

为了研究强化研磨中产生的微凹坑对轴承摩擦性能的影响,介绍了轴承强化研磨加工的原理,通过对强化研磨加工后的轴承进行摩擦磨损对比试验,对比和分析了轴承的摩擦系数。结果表明:经过强化研磨加工后的轴承钢板的摩擦系数相比未加工的轴承钢板降低了16%-19%;经过对已加工和未加工轴承钢板表面的电镜扫描图像进行对比,进一步验证了经强化研磨加工会使轴承表面产生微凹坑。     

强化研磨微纳加工残余应力的数值模拟分析

为了探究强化研磨微纳加工中磨粒喷射速度和喷射角度对残余应力场分布的影响,采用ABAQUS有限元分析软件进行数值模拟,建立了表面覆盖为100%的单颗粒磨粒撞击GCr15轴承钢靶材的模型。利用单一控制变量的方法对比了不同速度和不同角度下仿真模拟靶材表面残余应力的大小以及残余应力层深。研究结果表明,强化研磨微纳加工可以在靶材引入0.09~0.143 mm的残余应力层,最大残余压应力和表面残余压应力值具有一定的正相关性,在喷射角度为5π/12和喷射速度在60 m/s的组合工艺参数下,可以获得最大残余应力。     

散料研磨工艺对工件表面质量及材料去除率的影响

通过实验探讨了散料研磨过程中磨料种类、磨料粒度和研磨剂装入量等工艺参数对工件表面质量和材料去除率的影响.实验结果表明,随磨料粒度的增大,工件表面粗糙度值、残余应力和材料去除率增大;采用相同粒度磨料研磨,磨料的硬度越高,工件表面残余应力和材料去除率越大.硬度高、脆性大的磨料,可有效减小研磨表面粗糙度值;随研磨剂装入量的增大,表面残余应力减小.对工件表面粗糙度和材料去除率而言,研磨剂装入量有一最佳值,装入量过小或过大,均会降低工件表面质量和研磨效率.     

车铣加工表面残余应力的研究

金属切削用量对工件的表面残余应力有着重要的影响.通过单因素正交车铣残余应力实验,研究了车铣加工65#钢时,分别改变切削速度vc和轴向进给量fa两个切削用量对已加工件表面残余应力的影响规律,并进行了理论分析.同时对比了车铣加工与一般车削加工的残余应力状态.研究结果表明随着切削速度vc的提高,工件表面残余拉应力随之增大,但当切削速度vc超过188.4 m/min时,工件表面残余拉应力急剧减小出现压应力;增大轴向进给量fa,工件表面残余压应力减小.     

金属切削工件表面完整性的控制研究

在常规铣削加工过程中,由于刀具切削工件材料的变形本质决定了只能获得中等加工尺寸精度,而且铣削加工的已加工表面粗糙度值较大,而磨削加工往往是作为最终精加工的手段之一,人们希望得到更小的表面粗糙度值和更高的尺寸加工精度,就这两种加工方式而言,无论哪一种加工方式,都不可避免地会在工件已加工表层中产生残余应力,残余拉应力会引发金属疲劳,而残余压应力的产生可以提高工件的抗疲劳强度。针对所存在的残余应力的这一现象,作者实验观察发现:若是在对工件进行切削加工过程中,能采用液氮实时对工件表面进行冷却处理,就能对工件表面质量以及表面残余应力实现人为的主动控制,从而获得更为理想的工件表面加工质量。     

强化研磨加工中喷头移动速度对工件表面粗糙度的影响

利用强化研磨精密加工方法的研磨原理,建立反映强化研磨工艺参数与工件表面粗糙度关系的研磨机理物理模型。对喷头移动速度等强化研磨工艺参数,采用控制变量法进行试验。结果显示:喷头移动速度对工件表面粗糙度影响明显,加工后的工件表面粗糙度可达到1.5-1.8μm。     

轴承套圈的预应力硬态切削分析

通过对轴承套圈工作状态的运动学和力学分析,明确了轴承工作时内圈先于静止外圈表面产生疲劳剥落的原因;阐述了轴承外圈外圆表面出现的残余拉应力现象和原因,并提出一种可改善轴承零件加工表面残余应力状态的预应力硬态切削方法。理论分析和实验结果证明,该方法可使轴承零件加工表面产生残余压应力,提高轴承的接触疲劳寿命。     

切削加工残余应力的有限元分析

在切削加工中,为了提高已加工工件的表面质量,需要研究切削速度和进给量对已加工工件残余应力的影响规律。根据弹塑性有限元理论,利用有限元软件建立了切削模型,得到了不同切削速度和进给量下已加工工件的残余应力。结果表明,增大切削速度有利于增大深层压应力,同时也会增大表面拉应力;增大进给量有利于增大深层压应力,但对表面拉应力的影响无明显规律。     

局部急冷磨削新工艺

残余应力是工件表面质量的一项重要内容,它的重要性已日益为人们所了解与重视。如果工件已加工表面出现残余拉应力,则零件的疲劳强度大大降低,抗腐蚀性能也随着下降,如果工件已加工表面出现残余压应力,则可提高零件的疲劳强度和抗腐蚀性能。在机械加工中,磨削通常是最后一道工序。因此,磨削后的表面残余应力状态将直接影响零件的表面质     

基于单颗粒作用模型的晶体材料研磨残余应力研究

为了明确激光晶体材料研磨表面残余应力形成机制,以典型的激光晶体材料YAG晶体为研究对象,利用大型有限元软件Ansys,建立了晶体元件研磨加工过程的单颗粒作用模型,研究了 YAG晶体材料的塑性特性,分析了研磨过程中磨粒机械作用对晶体表面残余应力分布的影响.结果表明,YAG晶体受单颗粒作用载荷18 mN时,晶体材料内部的残余应力主要表现为压应力(最大分布深度约3 μm),但在工件表层(深度＜150 nm)范围内为拉应力,且拉应力最大值超过材料拉伸极限强度,将诱导晶体表面形成微裂纹;当单颗粒载荷为2.3 mN时,晶体表面残余最大拉应力值小于材料拉伸极限强度,可以实现晶体材料塑性域加工去除.