表面超声滚压对车轴表面性能的影响及作用机理研究
发布时间：2021-10-24 13:41
随着我国铁路事业的发展,列车速度的不断提高,保证其行车安全显得越来越重要。高速动车组车轴在服役期间需要承受几百万次的交变载荷作用,受力情况十分复杂,车轴失效事故中约有2/3是由疲劳破坏引起的。表面是车轴产生疲劳裂纹的主要区域,对车轴表面进行强化处理可有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,从而延长其使用寿命。本文主要研究表面超声滚压工艺数和不同加工工艺对车轴表面性能的影响,并探讨车轴表面超声滚压的强化机理。采用超声滚压处理设备对车削加工后的EA4T车轴进行9种不同工艺参数的表面超声滚压处理,通过对表面形貌、显微硬度、残余应力和微观组织的分析进行正交试验,最后得出不同因素对不同表面性能的影响程度。对车轴圆弧位置进行车削加工、打磨、滚压和超声滚压处理,测量其表面粗糙度、显微硬度、表面残余应力和观察表层微观组织,对比分析不同表面强化工艺的特点。通过旋转弯曲疲劳试验比较表面超声滚压对车轴材料的强化效果。对EA4T车轴钢试样进行不同滚压道次的表面超声滚压处理,分析其强化机理。结果表明,在本试验范围内得出的最佳工艺参数为主轴转速为10 r/min,进给量为0.1 mm/r,滚压力为3000 N。表面超声滚压...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１喷丸形成的残余应力示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ｓｈｏｔ?ｐｅｅｎｉｎｇ??
?第一章绪论???１．２．１喷丸强化??喷丸是工业中常用的表面强化方式，可以应用于表面清理、光整加工、喷丸校形、??喷丸强化等方面，属于冷加工方法，喷九强化技术最早在一些欧美国家展开研宄，迄今??己经有一百多年的历史，我国从上世纪５０年代开始此方面的研宄。喷丸机有气动式喷??丸机和离心式喷九机，其中气动式喷丸机最为常用。喷丸装置示意图如图１．２所示，他??是将小弹丸在压缩空气的作用力下以较高速度冲击到工件表面，在工件表而形成相互交??叠的坑状弹性塑性变形区，晶粒细化，从而达到提高表而硬度、耐磨性以及产生残余压??应力的目的，随着作用力的减小，塑性变形程度逐渐减小，晶粒尺寸会随之变火｜２５］。??喷丸处理的优点是容易操作，效率高，成本低，无污染，不受加工部件的形状限制，??广泛应用于工业领域和汽车制造领域等，例如汽车传动系统的零部件、飞机发动机叶片??以及燃气轮机的曲轴。但由于弹丸的冲击力大，对薄板样品易产生变形，因此薄扳样品??一般不用喷丸的方式强化处理。常用的弹丸种类有钢九、铸铁丸、玻璃丸、陶瓷九等，??直径为０．０５？丨．２?ｍｍ，铸铁弹丸硬而脆，极易破碎，现在己经很少应用，现在主要应用??的弹丸是由弹簧钢制成，硬度４５－５０?ＨＲＣ，使用寿命是铸铁弹丸的２０倍左右，玻璃弹??丸的成本较高，主要应用于航天领域Ｗ。１９９６年，法国人首次将超声振动装置与传统??的喷丸技术向结合，并研宄出了一套超声喷丸设备，并得到广泛应用ｔ２７＿２８］。ＳｈａｗＬＬ等??｜２９］研究发现，合金材料经过超声喷完后，材料的综合性能提高显著。Ｒａｊａ?ＫＳ等网对镍??基Ｎｉ－２２Ｃｒ－１３Ｍ〇－４Ｗ合金进行喷丸和低温退火处理，然后在热酸
?大连交通大学工学硕士学位论文???ｒｒ，?Ｉｌｉａ?加工后ｑ??＆??／－———Ａ?ｒｍｊｒｎｎ＾??［｜Ｓ?界??＾?，／ｇ??圍」器??数字超Ｍ?气??发生器??图１．３表面超声滚压装置结构简图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｒｏｌｌｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ??（ｉ）超声波发生器??超声波发生器（又叫超声波电源，如图１．４所示）是超声系统的驱动电源和控制部??分，它的作用是将工频交流电转化成超声振荡信号，然后通过换能器将电能转化为机械??能，在超声振动和滚压力的作用下，工具头不断的滚压被处理零件表面，使机械能转为??金属材料的内能。??表面超声滚压处理零件表面的过程中需要准确、稳定可靠的共振频率，因此，超声??波发生器必须要保证稳定的频率控制，调到最佳的输出频率，使其与变幅杆的振动频率??保持一致［５４］，这样可以保证被处理表面可以获得均匀的塑性变形，提高表面光洁度，获??得较好的表面性能。??Ａ冬－丨??ｒ上?上?＼?＼?＼＼???Ｌ?…＼?＼???Ｉ?＼?＼?＼??自动频率控制?９?＇８??１－反馈倍号：２－控刺电出：３－加压弹胬：４－检测器：５－报电晶体换能器；６－工件：７－丨：作头；８－变??幅杆：９－比较饴兮??图１．４超声波发生器原理图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]EA4T车轴不同加工工艺表面完整性分析[J]. 徐锋,章武林,杜永强,宋川,山荣成,朱旻昊. 表面技术. 2017(12)
[2]表面超声滚压处理对高速列车车轴钢疲劳性能的影响[J]. 任学冲,陈利钦,刘鑫贵,项彬,林国标. 材料工程. 2015(12)
[3]30CrMoA车轴材料超声表面挤压强化技术研究[J]. 张勤俭,王会英,刘月明,曹建国. 应用基础与工程科学学报. 2015(S1)
[4]机械研磨工艺对AZ91D镁合金显微结构的影响[J]. 韩宝军,何琼,杨妙. 表面技术. 2015(02)
[5]表面超声滚压处理工艺对高速列车车轴钢表面状态的影响[J]. 陈利钦,项彬,任学冲,刘鑫贵,林国标. 中国表面工程. 2014(05)
[6]金属材料超声表面强化技术的研究与应用进展[J]. 朱有利,王燕礼,边飞龙,侯帅,谢俊峰. 机械工程学报. 2014(20)
[7]世界高速铁路发展方兴未艾[J]. 顾尚华. 交通与运输. 2014(01)
[8]空心车轴精加工工艺改进及加工自动化的研究应用[J]. 贾广跃,蔡育冰,张峰,徐锋. 机械工程师. 2013(05)
[9]EA4T钢消除带状组织和细化晶粒的新工艺探索[J]. 张昌裕,雷旻. 热加工工艺. 2013(08)
[10]表面滚压对LZ50车轴钢疲劳短裂纹行为的影响[J]. 杨冰,赵永翔. 金属学报. 2012(08)
博士论文
[1]表面凹坑缺陷对高速列车车轴钢疲劳性能影响研究[D]. 高杰维.西南交通大学 2017
[2]金属表面超声滚压加工理论及表层力学性能研究[D]. 刘宇.天津大学 2012
[3]高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究[D]. 张俊清.北京交通大学 2011
[4]超声表面滚压加工改善40Cr钢综合性能研究[D]. 王婷.天津大学 2009
硕士论文
[1]超声表面滚压工艺参数对45钢摩擦磨损性能的影响研究[D]. 张飞.江西理工大学 2018
[2]高速列车车轴加工残余应力与疲劳寿命关系研究[D]. 于鑫.山东大学 2015
[3]金属超声表面滚压加工纳米化研究[D]. 龚宝明.天津大学 2008
[4]细长轴表面滚压加工有限元分析及工艺参数研究[D]. 巩克云.燕山大学 2002
本文编号：3455385
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１喷丸形成的残余应力示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ｓｈｏｔ?ｐｅｅｎｉｎｇ??
?第一章绪论???１．２．１喷丸强化??喷丸是工业中常用的表面强化方式，可以应用于表面清理、光整加工、喷丸校形、??喷丸强化等方面，属于冷加工方法，喷九强化技术最早在一些欧美国家展开研宄，迄今??己经有一百多年的历史，我国从上世纪５０年代开始此方面的研宄。喷丸机有气动式喷??丸机和离心式喷九机，其中气动式喷丸机最为常用。喷丸装置示意图如图１．２所示，他??是将小弹丸在压缩空气的作用力下以较高速度冲击到工件表面，在工件表而形成相互交??叠的坑状弹性塑性变形区，晶粒细化，从而达到提高表而硬度、耐磨性以及产生残余压??应力的目的，随着作用力的减小，塑性变形程度逐渐减小，晶粒尺寸会随之变火｜２５］。??喷丸处理的优点是容易操作，效率高，成本低，无污染，不受加工部件的形状限制，??广泛应用于工业领域和汽车制造领域等，例如汽车传动系统的零部件、飞机发动机叶片??以及燃气轮机的曲轴。但由于弹丸的冲击力大，对薄板样品易产生变形，因此薄扳样品??一般不用喷丸的方式强化处理。常用的弹丸种类有钢九、铸铁丸、玻璃丸、陶瓷九等，??直径为０．０５？丨．２?ｍｍ，铸铁弹丸硬而脆，极易破碎，现在己经很少应用，现在主要应用??的弹丸是由弹簧钢制成，硬度４５－５０?ＨＲＣ，使用寿命是铸铁弹丸的２０倍左右，玻璃弹??丸的成本较高，主要应用于航天领域Ｗ。１９９６年，法国人首次将超声振动装置与传统??的喷丸技术向结合，并研宄出了一套超声喷丸设备，并得到广泛应用ｔ２７＿２８］。ＳｈａｗＬＬ等??｜２９］研究发现，合金材料经过超声喷完后，材料的综合性能提高显著。Ｒａｊａ?ＫＳ等网对镍??基Ｎｉ－２２Ｃｒ－１３Ｍ〇－４Ｗ合金进行喷丸和低温退火处理，然后在热酸
?大连交通大学工学硕士学位论文???ｒｒ，?Ｉｌｉａ?加工后ｑ??＆??／－———Ａ?ｒｍｊｒｎｎ＾??［｜Ｓ?界??＾?，／ｇ??圍」器??数字超Ｍ?气??发生器??图１．３表面超声滚压装置结构简图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｒｏｌｌｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ??（ｉ）超声波发生器??超声波发生器（又叫超声波电源，如图１．４所示）是超声系统的驱动电源和控制部??分，它的作用是将工频交流电转化成超声振荡信号，然后通过换能器将电能转化为机械??能，在超声振动和滚压力的作用下，工具头不断的滚压被处理零件表面，使机械能转为??金属材料的内能。??表面超声滚压处理零件表面的过程中需要准确、稳定可靠的共振频率，因此，超声??波发生器必须要保证稳定的频率控制，调到最佳的输出频率，使其与变幅杆的振动频率??保持一致［５４］，这样可以保证被处理表面可以获得均匀的塑性变形，提高表面光洁度，获??得较好的表面性能。??Ａ冬－丨??ｒ上?上?＼?＼?＼＼???Ｌ?…＼?＼???Ｉ?＼?＼?＼??自动频率控制?９?＇８??１－反馈倍号：２－控刺电出：３－加压弹胬：４－检测器：５－报电晶体换能器；６－工件：７－丨：作头；８－变??幅杆：９－比较饴兮??图１．４超声波发生器原理图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]EA4T车轴不同加工工艺表面完整性分析[J]. 徐锋,章武林,杜永强,宋川,山荣成,朱旻昊. 表面技术. 2017(12)
[2]表面超声滚压处理对高速列车车轴钢疲劳性能的影响[J]. 任学冲,陈利钦,刘鑫贵,项彬,林国标. 材料工程. 2015(12)
[3]30CrMoA车轴材料超声表面挤压强化技术研究[J]. 张勤俭,王会英,刘月明,曹建国. 应用基础与工程科学学报. 2015(S1)
[4]机械研磨工艺对AZ91D镁合金显微结构的影响[J]. 韩宝军,何琼,杨妙. 表面技术. 2015(02)
[5]表面超声滚压处理工艺对高速列车车轴钢表面状态的影响[J]. 陈利钦,项彬,任学冲,刘鑫贵,林国标. 中国表面工程. 2014(05)
[6]金属材料超声表面强化技术的研究与应用进展[J]. 朱有利,王燕礼,边飞龙,侯帅,谢俊峰. 机械工程学报. 2014(20)
[7]世界高速铁路发展方兴未艾[J]. 顾尚华. 交通与运输. 2014(01)
[8]空心车轴精加工工艺改进及加工自动化的研究应用[J]. 贾广跃,蔡育冰,张峰,徐锋. 机械工程师. 2013(05)
[9]EA4T钢消除带状组织和细化晶粒的新工艺探索[J]. 张昌裕,雷旻. 热加工工艺. 2013(08)
[10]表面滚压对LZ50车轴钢疲劳短裂纹行为的影响[J]. 杨冰,赵永翔. 金属学报. 2012(08)
博士论文
[1]表面凹坑缺陷对高速列车车轴钢疲劳性能影响研究[D]. 高杰维.西南交通大学 2017
[2]金属表面超声滚压加工理论及表层力学性能研究[D]. 刘宇.天津大学 2012
[3]高速列车空心车轴表面裂纹应力强度因子研究[D]. 张俊清.北京交通大学 2011
[4]超声表面滚压加工改善40Cr钢综合性能研究[D]. 王婷.天津大学 2009
硕士论文
[1]超声表面滚压工艺参数对45钢摩擦磨损性能的影响研究[D]. 张飞.江西理工大学 2018
[2]高速列车车轴加工残余应力与疲劳寿命关系研究[D]. 于鑫.山东大学 2015
[3]金属超声表面滚压加工纳米化研究[D]. 龚宝明.天津大学 2008
[4]细长轴表面滚压加工有限元分析及工艺参数研究[D]. 巩克云.燕山大学 2002
本文编号：3455385
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