磨削用量对42CrMo钢淬硬层残余应力的影响

磨削淬硬是集成表面淬火与磨削加工的制造技术,衡量其表面质量的主要特征参数是残余应力。对42Cr Mo钢进行了平面磨削加工试验,分别研究了磨削速度vs、磨削深度ap、进给速度vw对残余应力σx的作用,初步总结了vs、ap、vw对残余应力的影响规律,揭示了淬硬层残余应力与显微硬度分布之间的关系。试验研究发现,当vs、ap的值增加,vw减少的时候,磨削淬硬层表面残余应力σx的值会随之减少,但最大残余应力和其作用的深度却随之增加。本研究为主动控制磨削淬硬加工质量提供了理论与试验依据。     

双程切入磨削表面硬化层的研究

采用缓进给磨削方式和不同的磨削行程对40Cr钢进行了磨削淬硬,对单程和双程磨削表面硬化层的组织与性能进行了比较。结果表明,尽管单程和双程磨削时的原始组织不同,但两者的表面硬化层组织及其变化趋势完全相同。双程磨削淬硬可使表面硬化层深度及其均匀性、显微硬度及耐磨性得到进一步提高;但其最大残余压应力值及应力影响深度有所降低。双程磨削硬化层组织的形成机制同样适用于多程磨削淬硬或淬硬钢的磨削淬硬等场合。     

超声振动辅助ELID磨削淬硬12Cr2Ni4A合金钢表面特性的研究

目的 提高淬硬12Cr2Ni4A钢的加工质量,消除工件表面残余应力.方法 采用普通磨削(OG)、超声振动辅助磨削(UVAG)以及超声振动辅助ELID磨削(UVAEG)3种磨削方式,分别对淬硬12Cr2Ni4A合金钢进行加工,分析3种加工方式下被加工工件的表面粗糙度以及残余应力.结果 在超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削下,工件表面粗糙度都低于普通加工,而超声振动辅助ELID磨削后的工件表面质量最高,相对普通磨削加工,超声振动辅助ELID磨削后的表面粗糙度降低了66％,相对于超声振动辅助磨削,超声振动辅助ELID磨削后,表面粗糙度降低了约41％.对工件表面进行残余应力测定发现,普通磨削加工后工件表面为残余拉应力,而超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削后的工件表面都产生了残余压应力,超声振动辅助ELID磨削后,工件表面的残余压应力高于超声振动辅助磨削约30％.普通磨削加工中,随磨削深度的增加,残余拉应力一直变大,而超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削的残余压应力总体呈现减小的趋势.在磨削深度达到22.5μm后,超声振动辅助磨削加工表面的残余压应力转变为残余拉应力.在超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削后,随超声振幅的增大,表面残余压应力增大,超声振动辅助ELID磨削表面的残余压应力随占空比的增大而增大.结论 超声振动辅助ELID磨削加工后,能得到更小的表面粗糙度及更大的表面残余压应力.     

冷却方式对磨削淬硬加工层性能影响的实验研究

在平面磨床上对AISI1045钢进行了磨削淬硬处理,研究了乳化液、干燥空气和液态氮等三种不同冷却介质对磨削淬硬层组织和性能的影响。结果表明,采用乳化液冷却时,试件表层组织为珠光体,无淬硬层,表面粗糙度数值小,表层残余应力为压应力;采用液态氮和干燥空气冷却时,试件表层均被淬硬,组织均为马氏体,表面粗糙度变化不大,但使用液态氮冷却获得的硬度高,且表层应力为压应力;采用空气冷却获得的淬硬层深度深,表层残余应力为拉应力。     

齿轮钢30CrMnTi磨削强化试验

30CrMnTi钢广泛应用于齿轮的生产制造中,为提高齿轮的抗疲劳性能及探讨磨削工艺参数对其表面强化的影响,开展了齿轮钢30CrMnTi的磨削试验,分析了磨削速度和磨削深度对磨削表面强化层显微组织、强化层深度、表面显微硬度和强化层残余应力的影响规律。结果表明,齿轮钢30CrMnTi磨削加工后得到一定强化层,表面显微组织为针状马氏体、碳化物和少量残余奥氏体,且强化层马氏体组织由磨削表面到心部呈"细—较粗"的变化趋势,硬度先增大后减小,强化层深度随磨削深度或磨削速度的增大而增加,磨削后表面显微硬度提高2%~13%,随磨削速度降低或磨削深度增大而增大。磨削过程对残余应力的影响在表面表现为拉应力,沿层深向内逐渐转化为压应力。磨削表面残余压应力的值随磨削速度或磨削深度的增大而降低。通过合理的磨削参数可实现齿轮钢30CrMnTi的表面磨削强化。     

超声干磨削对金属材料残余应力影响实验研究

采用电镀金刚石砂轮对45钢进行超声干磨削实验,研究了磨削深度、砂轮速度、工件速度和超声振幅对工件表面残余应力的影响。结果表明:在干磨削工况下,添加超声振动能增大表面残余压应力,磨削深度和工件速度的增加对增大残余压应力有益,而砂轮速度的增大将使残余压应力减小。     

40Cr钢磨削淬硬层的磨损试验

在平面磨床上对40Cr钢进行了磨削淬硬处理,研究了磨削淬硬层的组织、耐磨性和磨损机理.结果表明,40Cr钢磨削淬硬层主要由板条马氏体和孪晶马氏体组成,位错密度较高;淬硬层显微硬度高达670 HV0.5,且存在残余压应力.与调质态基体相比,磨削淬硬层的耐磨性提高6～11倍;在干摩擦条件下,磨削淬硬层的磨损机理主要为磨粒磨损和氧化磨损.     

40Cr钢外圆磨削表面淬硬层的组织

研究了外圆磨削淬硬试验中磨削用量对表面淬硬层组织的影响.结果表明,磨削深度ap＝0.2 mm时,外圆磨削淬硬件表层局部存在未淬硬区;磨削深度ap＞0.2 mm时,由于砂轮切入和切出时磨削热的作用,表面淬硬层局部存在回火区.淬硬区和回火区具有相同的显微硬度分布规律,但各区的最高硬度值随着该区组织的不同而异.在实际应用中,通过合理组合磨削深度ap和进给速度vw,可获得满意的外圆磨削表面淬硬层.     

TC4钛合金纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

目的 探究纵扭超声磨削工艺参数对TC4钛合金加工表面残余应力状态的影响规律,提高TC4钛合金的抗疲劳性能.方法 通过纵扭超声磨削力模型,对磨削过程中的机械应力和热应力展开理论分析,并进一步建立纵扭超声磨削表面残余应力模型,通过MATLAB仿真获取磨削加工残余应力分布状况.基于力-热耦合作用,建立纵扭超声单颗磨粒磨削有限元模型,分析磨削参数对残余应力的影响规律,并通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验,对模型的合理性进行验证.结果 TC4钛合金超声磨削加工表面残余应力为残余压应力,且该应力沿工件深度方向的分布曲线与"对号"相似.工件表面残余压应力起初随磨削深度增加逐渐增大,当磨削深度增加到8μm时,残余压应力达到最大值,为-488 MPa,之后随磨削深度的增加,呈现减小趋势.随磨削线速度的增大,残余压应力整体呈现减小趋势,随纵扭超声振幅的增大,整体呈现增大趋势.加工表面残余应力仿真与试验结果的平均误差为9.8％,且变化趋势具有一致性.结论 纵扭超声辅助磨削加工可有效消除加工表面的残余拉应力,并获得较为理想的残余压应力,进而显著提高TC4钛合金的抗疲劳性能.     

曲轴感应淬火及残余应力的仿真与试验研究

曲轴在感应淬火时产生应力集中或应力分布不均会导致曲轴变形过大而失效。本文采用有限元方法对曲轴加热和冷却过程及残余应力进行了仿真,并对轴颈显微组织、轴颈淬硬层深度及曲轴残余应力进行了测试分析。结果表明,轴颈淬硬层为细针状马氏体,基体为回火索氏体,表面平均硬度为52.8 HRC,心部硬度为26.0~30.0 HRC,淬火后轴颈表面残余压应力为-154.3~-254.9 MPa;连杆颈淬硬层深度为4.0 mm,过渡圆角处淬硬层深度为2.1 mm。曲轴感应淬火后淬硬层深度预测和残余应力的仿真结果与试验结果基本一致,仿真可预测淬硬层深度。