工程陶瓷磨削表面残余应力与磨削条件及零件性能的关系研究

作为特殊的硬脆工程材料,陶瓷零件的表面性能对表面应力状态非常敏感,残余压应力在一定程度可以提高零件强度和表面性能,尤其是提高断裂强度,残余拉应力的作用则相反;磨削参数的选择和磨削温度对残余应力有很大的影响,改善磨削条件可以改善表面性能,在一定范围内加大磨削深度、降低磨削温度有利于产生对表面性能有益的残余压应力。     

小切深条件下磨削表面完整性变化机理

磨削表面强化后的残余应力及表面层硬度的改变是评价零件加工表面完整性的重要指标,并对零件的疲劳强度、耐磨损性能等影响显著.针对工程中更为多见的小切深磨削工艺过程,基于45钢试件磨削加工试验,以磨削变质层的金相组织、厚度、表面硬度和残余应力为研究对象,重点讨论了小切深条件下磨削表面变质层组织特征与形成机理.结果表明:在小切深干磨削条件下,工件表层存在残余拉应力,应力值随磨削深度的增加或工件速度的增加而减小;工件表面变质层厚度随磨削深度的增加或工件速度的减小而增大.试验结果说明,在小切深干磨削条件下,合理确定磨削用量及砂轮特性参数等,可使工件表层产生强化作用.     

小切深磨削表面微结构损伤机理及影响

针对小切深磨削条件下工件表面微结构损伤,理论分析了磨削残余应力与磨削微裂纹之间的关系;运用有限元仿真分析法,获得不同磨削条件下45钢工件表面残余应力的数值及其分布云图,并分析不同磨削深度和冷却条件对其磨削残余应力的影响.最后基于不同的磨削条件,对45钢试件进行磨削试验,通过测量不同试件的表面残余应力,验证仿真结果的正确性;同时,通过观测不同磨削参数下的试件表面SEM图,研究不同磨削表面的微结构损伤.试验结果表明,采用适当的磨削参数和条件可以有效减少和避免磨削表面微结构损伤.     

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。     

预应力淬硬磨削复合加工表面粗糙度试验

以预应力淬硬磨削条件下试件表面粗糙度变化规律为研究对象,通过对45钢试件进行预应力淬硬磨削试验并进行表面粗糙度测量,分析了预应力淬硬磨削工艺参数(预应力、磨削深度、进给速度等)对试件表面粗糙度的影响机制.结果表明,粗糙度在试件表面分布并不均匀,其数值基本上都是从切入区到切出区逐渐增大的;适当增加预拉应力数值可以降低工件表面粗糙度,有效抑制试件表面微观裂纹的扩展,降低磨削温度,改善试件表面质量;预应力淬硬磨削中磨削深度和进给速度对表面粗糙度的影响与普通磨削一致,即随着磨削深度和进给速度增加表面粗糙度数值逐渐增大.     

局部急冷磨削表面残余应力的研究

残余应力的性质与大小直接影响零件的物理机械性能。采用局部急冷新工艺进行磨削试验,结果表明可使零件表面获得残余压应力,为控制与调整已加工表面应力状态、提高零件表面质量提供了一条有效的途径。     

渗碳齿轮材料磨削残余应力研究

通过齿轮磨削模拟试验,并采用应力测定方法,探讨了砂轮、工艺及材料对磨削残余应力的影响。研究表明:与钢玉砂轮相比,用立方氮化硼砂轮磨削,表面多呈现压应力,表下呈现拉应力,但其峰值低且范围窄;工艺参数的影响:通常展成速度和磨削深度的显著程度比轴向速度的大;在相同磨削条件下,20CrMnMo和20Cr2Ni4A两种钢较17CrNiM06钢具有较宽的拉应力范围和较高的拉应力峰值.     

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.     

强力砂带平面磨削工件表面残余应力的研究

分析了强力砂带平面磨削时工件表面残余应力产生的原因，通过分析磨削热的影响，找出了一个由磨削用量组成的亲折磨削参数，建立表面残余应力数学模型。经过实验验证，此模型能恰当地描述强力砂带平面磨削时工件表面残余应力分布的规律，并分析了各因素对模型中参数的影响，得出一些重要结论。     

30CrMoA车轴材料超声表面挤压强化技术研究

为了提高车轴疲劳强度,本文基于超声挤压强化技术,研究了其对列车专用30CrMoA车轴钢加工表面的影响.对比分析了超声挤压强化前后工件表面外观、表面粗糙度、残余应力等特征的变化,绘制了残余压应力沿层深分布的曲线.结果表明:超声强化后的试件表面达到了很好的镜面效果,表面光滑且具有光泽,消除了前道工序残留的环状纹路;表面粗糙度得到改善,粗糙度数值由原来的3.746μm降低到0.2μm左右,在前道工序的基础上下降了95%左右;原来的残余拉应力可以被调节成为压应力,残余压应力层的深度可以达到近2mm,阻止了疲劳裂纹的萌生和扩展,有利于提高金属材料的疲劳强度和使用寿命.     

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。     

砂轮约束磨粒喷射加工表面残余应力及摩擦特性

针对磨削后工件表面出现缺陷问题,提出砂轮约束磨粒喷射光整加工方法(AJF).试验在M7120平面磨床上完成,加工试样为Sa=0.6μm左右的45钢.工件表面残余应力用TW3040-60 X射线衍射仪测量;利用MG-2000型销盘式摩擦磨损试验机研究表面形貌对摩擦系数和磨损性能的影响.试验结果表明:随着加工时间的增加,磨削表面的残余拉应力逐渐变成压应力,加工时间对残余应力有显著影响.Sa值由0.626μm下降到0.2μm左右.光整加工后表面摩擦系数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,表面硬度随加工时间的延长逐渐提高,这与工件表面残余应力的变化一致.     

基于微晶刚玉砂轮的20 CrMnTi齿轮成型磨削表面完整性

为研究微晶刚玉砂轮成型磨削20CrMnTi齿轮的表面完整性,开展了20CrMnTi齿轮成型磨削试验,分析了砂轮线速度、轴向进给速度及径向进给量对齿面粗糙度、表层/次表层显微硬度、微观组织和残余应力的影响规律,探讨了由磨削引起的磨削烧伤、微观裂纹等损伤缺陷的形成机理,结果表明:径向进给量对表面粗糙度的影响最显著,砂轮线速度次之,轴向进给速度最不显著;磨削温度过高会导致磨削烧伤,淬火烧伤使得表面硬度提高5%~20%,回火烧伤则导致表面硬度不同程度地下降;表层组织从外至内分别为白层、暗层和基体组织,白层主要由致密的马氏体+碳化物+残余奥氏体组成;砂轮线速度和径向进给量的增大使得由磨削引起的残余拉应力增大,表面残余压应力下降并逐渐向拉应力转变,当表面最终残余拉应力大于材料的断裂强度时,表面产生微观裂纹.     

缺口试件在压缩循环载荷下的疲劳行为研究

主要研究锐缺口在压－压缩载荷下的裂纹扩展规律。为了探讨索缺口试件在压循环载荷下裂纹扩展规律，首先进行了试验研究。试验结果表明在等幅压循环载荷下裂纹可以扩展，但其扩展速率是逐步降低的，并最终发生休眠。     

定向凝固高温合金DZ4的磨削烧伤机理

为解决定向凝固高温合金ＤＺ４在磨削加工中极易发生的磨削烧伤问题,采用先进的测试方法,对磨削过程中磨削力,磨削温度、工件表面形貌、表面层残余应力分布、表面层显微硬度、表面层金相组织等变化规律进行了分析研究,揭示出该种新型高温合金材料磨削的烧伤机理,旨在为寻求优化的高效,高精度磨中工工艺提供理论及试验依据。