滚压强化技术在铁路中的应用

论述了滚压强化技术在铁路车轴上应用的必要性和滚压工艺选择.     

不同加工工艺对EA4T车轴表面性能的影响

对车削加工后的EA4T车轴进行打磨、滚压和超声滚压等工艺的表面强化处理,测量了经过不同工艺处理后车轴圆弧处的表面粗糙度、表面残余应力和表层硬度,对比观察了不同工艺处理后车轴的表面形貌和表层微观组织。结果表明:超声滚压处理的车轴圆弧表面光洁度最好,粗糙度值低至0.074μm;车轴圆弧处车削加工后表面轴向和周向残余应力都为拉应力,经过打磨、滚压和超声滚压处理后都转变为压应力,超声滚压处理后轴向残余压应力达到-770MPa;超声滚压处理车轴的表面硬度值最大,硬化层深度也最深;超声滚压处理后车轴表层微观组织最均匀,且细晶层的厚度最大。     

车轴滚压刀具的设计和滚压工艺试验分析

动车组车轴运行时,在车轴圆角处容易产生疲劳损坏,严重时导致车轴断裂。为强化车轴表面,针对动车组EA4T车轴设计了滚珠滚压刀具,完成对滚压刀具元件的设计和选择,通过滚压试验分别得出滚压力、进给速度和车床主轴转速为参数变量时对车轴表面质量的影响规律。     

车轴表面滚压工艺技术研究

车轴是轨道车辆行走部分的核心元件,是轨道车辆承载重量和安全运行的关键零件。在轨道车辆运行过程中,车轴承受运行颠簸中的交变载荷作用,长时间在大载荷、滑动摩擦条件下工作,车轴表面极易产生疲劳裂纹,导致车轴疲劳失效,提高车轴的表面性能、耐磨性、抗疲劳性能至关重要。针对轨道车辆车轴高表面性能、高抗疲劳强度的要求,开展车轴表面滚压加工工艺技术研究,进行了车轴滚压加工工艺试验,通过分析主轴转速、进给速度、滚压力和吃刀量对滚压车轴表面粗糙度和表面硬度的影响,得到了最优滚压工艺参数,经滚压后的车轴表面由拉应力变为压应力,表面粗糙度和表面硬度都得到显著提升,极大延长了车轴的使用寿命,满足了轨道车辆车轴的使用要求。     

表面滚压处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

表面强化可提高高速列车车轴疲劳性能，延长使用寿命。对广泛应用于高速列车的EA4T车轴钢表面进行滚压处理，使用激光共聚焦显微镜表征表面形貌和粗糙度；借助光学显微镜分析滚压处理前后试样的显微组织，并采用EBSD测试滚压试样表层晶粒尺寸；采用显微硬度计测试强化层显微硬度分布并与未处理试样进行对比，采用X射线衍射残余应力分析仪分析其残余应力分布；基于旋转弯曲疲劳试验和扫描电子显微镜下的断口观测分析试样的疲劳性能。研究结果显示：滚压强化后，试样表层发生塑性变形，表面质量得到改善，且形成厚度约为400μm的硬化层，表层产生纳米晶；显微硬度提高了29%,表面最大残余应力为-576MPa,试样显微硬度和残余应力变化趋势一致，均为从表面向心部减小；滚压试样疲劳强度增幅为28%。试验结果表明，滚压是车轴延长寿命的一种有效方式。     

金属材料超声滚压表面强化的研究进展

超声滚压表面强化技术具有良好的光整特性,能够实现对被处理材料的表面改性,提高其综合性能,不同程度地克服了滚压、喷丸等传统工艺的缺陷,具有广阔的发展前景。本文介绍了超声滚压技术的加工原理,总结了目前国内外超声滚压技术的研究进展,指出其重点研究方向是将该技术应用于工程部件的表面强化与修复,并对超声滚压表面强化技术的研究趋势进行了展望。     

超声滚压载荷对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律

为了提高列车车轴的使用寿命,研究分析了不同强化处理后试样的表面形貌及其粗糙度、表层组织结构、表面硬度及其深度和表面残余应力,探索了滚压处理和不同载荷超声滚压处理对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律。结果表明：与磨削试样相比,滚压和超声滚压处理均改善了试样的表面粗糙度,其中低载荷超声滚压试样的表面粗糙度最低,达到了0.2μm;高载荷超声滚压试样的表层获得的塑性变形层最深;高载荷超声滚压试样的表面硬度值最大,达到了370 HV0.1,并形成了深度为150μm左右的硬化层;滚压试样和超声滚压试样表面均产生了较高的残余压应力。滚压和超声滚压处理使25CrMo4车轴钢表面硬度及硬化层深度的增加、产生较高的残余压应力和表面粗糙度的降低均会对其疲劳性能的提高产生有利的影响,特别是超声滚压处理的效果更佳。但过高的载荷会使车轴钢的表面粗糙度升高,从而对其疲劳性能的提高产生不利的影响。     

表面形变强化技术的研究现状

表面强化是近年来国内外广泛研究应用的工艺之一。常用的金属表面形变强化方法主要有滚压、内挤压和喷丸等工艺，其强化效果显著，成本低廉。笔者主要概括了表面强化技术的分类、目的和作用。分析了形变强化方法的特点以及目前表面强化主要研究方法的现状和发展趋势。     

滚压代替磨削

滚压加工,在车轴轴颈的精加工中使用很广,在我们机床制造业中应用还不多,但是滚压所具有的优点是值得我们加以注意与推广的。 滚压加工除了能提高加工物表面光洁度,还能增高表面硬度。由於因滚压所产生的剩余压缩应力存在,因此当零件在受张应力负荷时,剩余压缩应力能抵消部分张应力,从而提高了零件耐疲强度。滚压後,把零件表面经过切削後的波纹与空隙都辗平了,使表面像抛光一样光洁。 我厂在加工车轴车床大齿轮轴颈时,表面光洁度要求较高(如图1),用普通车削不易达到,于是采用滚压方法作为最后精加工。今将这次滚压过程中所遇到的问题简述於…     

滚压表面强化机理的研究现状与进展

随着滚压表面强化技术应用范围的不断扩展及其新技术的飞速发展,滚压机理研究特别是理论性研究相对滞后,但目前越来越受到重视并取得了一些研究成果。从实验研究、解析分析、有限元模拟三个方面对近年来国内外有关滚压机理的研究进行了总结,归纳了其中的关键技术,并对其发展趋势进行了展望。     

滚压加工及多功能滚压器

滚压加工又称压光,是车削中的无屑加工和表面强化工艺,已广泛应用于各种油(气)缸、火车轴等专业加工场合。经滚压加工的工件表面,硬度可提高20%～35％,疲劳强度可提高20％～60％,表面粗糙度可达到只R_(?)0.2,获得尺寸的分散范围比车削小10％～15％。 目前,流行的滚珠式、滚柱式、液轮(套)式滚压工具,限于滚压力较大、难清根、耐磨和坚实性较差,以及没有标准化、系列化商品供应,使滚压工艺尚未普及应用于普通车床。     

金属零件表面滚压强化技术的现状与展望

介绍了金属零件表面滚压强化技术的概念、历史和工艺特点,综述了表面滚压技术的强化机理和各种工艺方法,展望了该技术今后的发展趋势。     

超声滚压工艺对TC4钛合金表面残余应力的影响

钛合金关节轴承是航空发动机的重要部件之一,但由于其润滑条件较差,极易产生磨损从而导致失效事故.采用超声滚压工艺对钛合金试件表面进行强化试验,以有效增强试件表面耐磨性能和抗疲劳特性,并着重研究静压力、滚压次数和主轴转速等超声滚压强化工艺参数对钛合金表面残余压应力与剪切应力的影响规律.试验结果与理论分析结果表明,残余压应力...     

材料院长春所强力数控滚压机床滚压工艺试验取得突破性进展

正中国兵器工业集团北方材料科学与工程研究院长春所于2015年6月开始研制CNCGY300-3000型数控滚压机床,项目组针对技术要求进行了机床结构设计优化,目前机床已经进入工艺试验阶段,并取得突破性进展。该机床可实现铁路机车、车辆、地铁车辆车轴类零件的外圆进行圆弧与轴身部分的滚压加     

预加载荷对表面机械滚压强化残余应力影响的数值研究

为了研究预加载荷对表面机械滚压强化残余应力的影响,建立了表面机械滚压强化AISI 4340钢的三维有限元模型,并提出了一种耦合显式动力学-隐式静力学的计算框架,多步骤模拟了预加载荷作用下的表面机械滚压强化过程。首先,通过施加位移载荷在待滚压模型上,使之产生弹性变形;然后,固定了边界条件,冻结了弹性变形,在此基础上模拟了表面机械滚压强化过程;最后,释放了弹性变形,比较了表面机械滚压强化残余应力的变化。研究结果表明:预加载荷会导致表面机械滚压强化后的板材表层产生不利的残余拉应力,另外与滚压力方向相反的预加载荷会减小滚压强化的最大残余压应力,滚压后释放预加载荷会进一步削弱板材亚表层的残余压应力;因此,在表面机械滚压强化过程中应当避免工件承受预加载荷。     

铁基激光熔覆层超声滚压主加工参数优化实验

为了对铁基激光熔覆层实现更优光整强化效果,采用超声滚压方法处理EA4T铁基激光熔覆层并对其主加工参数优化进行分析。研究结果表明：提高压下量后,激光熔覆层表面粗糙度增大;提高静压力后,熔覆层表面硬度先提高再降低;提高滚压速率后,试样表面粗糙度呈现先降低再增大变化;增加滚压次数后,获得的熔覆层表面硬度呈现先增大再降低的变化。确定最优参数工艺：在滚压压下量为0.10 mm、滚压速率为2 100 mm/min、静压力介于0.45～0.65 MPa、滚压3次条件下,采用超声滚压方法处理激光熔覆层能够实现优异表面光整效果。超声滚压后激光熔覆层表层部位存在明显塑性变形层,激光熔覆层塑性变形程度随深度增加而降低,晶粒尺寸则增大。文章研究结果为激光熔覆热作车轴钢提供超声滚压工艺优化的理论参考,并为实际应用过程提供理论指导,此外也可以促进模具制造技术和修复能力的提升。     

超声表面强化技术的研究进展

介绍了目前发展较为成熟的几种超声表面强化技术,如超声喷丸、超声挤压、超声滚压和超声振动辅助电火花脉冲放电等的基本原理、技术特点和研究进展,指出了各类超声表面强化技术研究中尚待解决的问题,并提出了超声表面强化技术的发展趋势。     

碳氮共渗层的滚压强化

低碳合金结构钢经渗碳或渗氮、碳氮共渗后,表面硬度,耐磨性以及疲劳强度等性能均可以得到很大的提高。然而提高材料表层的强度会增加其缺口敏感性是渗碳钢的不足之处。采用叠加滚压强化的方法,不仅提高表层的强度且减小应力集中的敏感性。本文研究了18CrMnTi及25MnTiBRe等低碳合金钢经碳氮共渗直接淬火、低温回火后再施以表面滚压形变强化,研究其缺口疲劳强度与表面应力状态,微观组织结构的变化规律。     

基于损伤容限的动车组车轴实测载荷谱等效应力评价

对高速列车进行线路实测,获得既有线和京津城际铁路上的时域载荷,通过雨流计数法车轴的弯曲应力谱子样。通过对车轴存在缺陷时的等效应力研究表明,对于同样的运行条件和应力谱,车轴表面是否存在缺陷时的等效应力不同。在不同的列车速度下,负载时车轴表面的动应力都大于空载情况。而在同样的线路条件下,速度对等效应力的影响不大。等效应力幅在不同的线路差别稍大,既有线等效应力幅比京津城际铁路上的值要高。计算得到车轴表面不同缺陷对应的S-N曲线参数和相应的疲劳极限,结果表明,光滑车轴的等效应力比车轴材料的疲劳极限低很多。当车轴表面有缺陷时,其等效应力大于等于疲劳极限。因此,有必要考虑外部运行环境和车轴表面状况,从而对车轴进行损伤容限设计。     

提高2Cr13钢疲劳强度的研究

本文研究了叶片用钢2Cr13在各种处理状态下的疲劳性能。试验结果表明:经喷丸、滚压、氮化以及氮化加滚压等表面强化处理或适当降低回火温度,疲劳强度都有较显著的提高。