精密磨削表面殘余應力離散度試驗研究與數(shù)值分析.pdf

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

2、精磨和超精4道工序的16個輪轂軸承內套圈；基于X射線衍射法測試了軸承套圈表面環(huán)向殘余應力和軸向殘余應力；采用統(tǒng)計方法分析了各道工序軸承套圈試樣的殘余應力離散度，并首次研究了磨削工序累積對工件表面殘余應力離散度的影響。結果表明：熱處理后軸承內套圈表面殘余應力標準差達到59.95MPa，經超精加工后降低為18.27MPa，標準差降低約3倍。這說明磨削加工的軸承套圈表面殘余應力具有一定離散性，但是該離散度是一個逐漸收斂的過程，經過超精工序加工

3、的零件表面殘余應力分布一致性較高。 其次，基于有限元軟件Deform建立了具有負前角特征磨粒的“熱-力”耦合切削模型，仿真分析了磨粒前角對工件表面殘余應力的影響。計算結果表明，隨著磨粒負前角的增加，殘余應力隨之增加，仿真計算的3點之間殘余應力標準差達到145.76MPa。這表明磨粒幾何角度的隨機性是造成磨削工件表面殘余應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力及其離散度，

4、計算工件在服役工況下的疲勞壽命差異。計算結果表明，雖然超精工件表面殘余應力標準差僅為21.95MPa，即只有平均值的5％，但其導致的疲勞壽命差異達到未考慮工件表面殘余應力時疲勞壽命的51.42％。這表明殘余應力離散度對工件疲勞壽命差異存在較大影響。 該研究是科學了解精密加工對工件表面殘余應力及其離散度影響規(guī)律的開端。它對后續(xù)深入研究精密加工過程對工件表面殘余應力離散度的影響，進而實現(xiàn)對其壽命和可靠性的預測分析和精密磨削工藝過程優(yōu)