激光磨抛复合强化对15CrMnMoVA钢孔结构疲劳性能的影响研究

发布时间：2021-11-26 03:39

　　对15CrMnMoVA钢试件孔结构采用了坐标磨、数控磨抛和激光磨抛复合强化等不同工艺进行加工,分析其表面完整性特征,并对试件进行对称循环加速疲劳寿命试验。结果表明,试件孔结构的疲劳破坏机制为微动疲劳,增加孔的倒角尺寸会导致疲劳寿命降低;与传统的坐标磨工艺相比,数控磨抛工艺可以提高疲劳极限5%,而激光强化与数控磨抛复合工艺可以提高疲劳极限20%;激光强化能形成较深的残余压应力强化层,数控磨抛后残余压应力层仍然深达0.5 mm;数控磨抛可以提高孔的形状精度至0.009 mm,并进一步将孔壁抛光至镜面（表面粗糙度为Ra 0.018μm）;激光磨抛复合强化工艺显著提高了孔结构的疲劳性能。 

【文章来源】：现代制造工程. 2020,(07)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

基于表面完整性理论的复合强化工艺原理

本文试验所用的耳片试件材料为15CrMnMoVA钢棒材,直径为Φ40 mm,退火状态。材料弹性模量为209 GPa,泊松比为0.28。耳片试件沿纵向取样,耳片试件结构尺寸如图2所示。图2中的耳片试件孔径为15 mm,厚度为10 mm。将耳片试件孔的倒角加工成无倒角、0.5 mm倒角和1 mm倒角3种尺寸。本文孔结构加工工艺试验分为3组:坐标磨组(对照组)、数控磨抛组和激光磨抛复合强化组。

激光磨抛复合强化组是先采用激光冲击强化孔壁,再按数控磨抛组工艺进行数控磨抛修整孔的精度和形貌。图3c所示为激光冲击强化工序。采用航空制造技术研究院研制的激光设备,川崎ZX130L机器臂夹持试件进行运动控制;图3c中的激光冲击能量为25 J,频率为1 Hz,采用3.5 mm×3.5 mm方形光斑;铝箔为冲击介质;激光束线入射角度为65°,轨迹分3行。为达到较深的强化效果,共进行2遍冲击,第二遍的光斑位置与第一遍错开重叠50 %,均匀覆盖孔壁表面。图3中的数控磨削和抛光工序在同一台三轴加工中心上完成,数控磨削抛光加工现场、数控抛光工具以及孔加工效果如图4所示。数控磨抛后的孔加工效果如图4c所示。从图4c中可以看出,孔壁达到镜面效果,倒角与孔壁之间过渡平滑无尖棱。

【参考文献】：
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本文编号：3519324