精密磨削表面殘余應(yīng)力離散度試驗(yàn)研究與數(shù)值分析.pdf

1、精密磨削零件表面的殘余應(yīng)力離散度對(duì)工件疲勞壽命與可靠性具有直接而重要的影響，但是目前文獻(xiàn)對(duì)工件表面殘余應(yīng)力離散度的研究非常少。本文選取在線精密磨削零件，采用試驗(yàn)方法較系統(tǒng)地研究了精密加工工序及其工序累積對(duì)工件表面殘余應(yīng)力離散度的影響；其次基于有限元方法仿真分析了磨粒前角對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響；最后計(jì)算了所選取零件在額定載荷下殘余應(yīng)力離散度對(duì)其疲勞壽命差異的影響。 主要內(nèi)容與結(jié)論如下： 設(shè)計(jì)選取了實(shí)際生產(chǎn)中順次熱處理、粗磨、

2、精磨和超精4道工序的16個(gè)輪轂軸承內(nèi)套圈；基于X射線衍射法測(cè)試了軸承套圈表面環(huán)向殘余應(yīng)力和軸向殘余應(yīng)力；采用統(tǒng)計(jì)方法分析了各道工序軸承套圈試樣的殘余應(yīng)力離散度，并首次研究了磨削工序累積對(duì)工件表面殘余應(yīng)力離散度的影響。結(jié)果表明：熱處理后軸承內(nèi)套圈表面殘余應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到59.95MPa，經(jīng)超精加工后降低為18.27MPa，標(biāo)準(zhǔn)差降低約3倍。這說(shuō)明磨削加工的軸承套圈表面殘余應(yīng)力具有一定離散性，但是該離散度是一個(gè)逐漸收斂的過(guò)程，經(jīng)過(guò)超精工序加工

3、的零件表面殘余應(yīng)力分布一致性較高。 其次，基于有限元軟件Deform建立了具有負(fù)前角特征磨粒的“熱-力”耦合切削模型，仿真分析了磨粒前角對(duì)工件表面殘余應(yīng)力的影響。計(jì)算結(jié)果表明，隨著磨粒負(fù)前角的增加，殘余應(yīng)力隨之增加，仿真計(jì)算的3點(diǎn)之間殘余應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到145.76MPa。這表明磨粒幾何角度的隨機(jī)性是造成磨削工件表面殘余應(yīng)力離散度的重要原因之一。 最后，根據(jù)所選取軸承試樣的額定載荷，耦合精密磨削工件表面殘余應(yīng)力及其離散度，

4、計(jì)算工件在服役工況下的疲勞壽命差異。計(jì)算結(jié)果表明，雖然超精工件表面殘余應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差僅為21.95MPa，即只有平均值的5％，但其導(dǎo)致的疲勞壽命差異達(dá)到未考慮工件表面殘余應(yīng)力時(shí)疲勞壽命的51.42％。這表明殘余應(yīng)力離散度對(duì)工件疲勞壽命差異存在較大影響。 該研究是科學(xué)了解精密加工對(duì)工件表面殘余應(yīng)力及其離散度影響規(guī)律的開端。它對(duì)后續(xù)深入研究精密加工過(guò)程對(duì)工件表面殘余應(yīng)力離散度的影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其壽命和可靠性的預(yù)測(cè)分析和精密磨削工藝過(guò)程優(yōu)