圖1 硬車-滾壓復(fù)合工藝工具

硬車工藝無(wú)法在保證表面粗糙度的同時(shí)獲得較好的內(nèi)應(yīng)力。加工過(guò)程中，表面粗糙度由進(jìn)給速度和切削刃半徑?jīng)Q定，切削刃半徑過(guò)大會(huì)降低其表面粗糙度，同時(shí)會(huì)在z達(dá)300 μm的深度處產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力。

通過(guò)深滾壓工藝可有效降低表面粗糙度，同時(shí)獲得大的殘余壓應(yīng)力。進(jìn)給速度和覆蓋率u對(duì)硬車和車削-滾壓過(guò)程中表面粗糙度的影響如圖2所示。表面加工質(zhì)量?jī)H受覆蓋率u的影響。引入過(guò)程控制變量N_w作為偏移因子來(lái)描述球在表面上的位置。這里N_w為進(jìn)給方向位移χ_f與進(jìn)給量f之比。殘余應(yīng)力的影響原理與Hertz接觸應(yīng)力相似。殘余應(yīng)力的穿透深度隨著球尺寸的增大而增大。滾壓應(yīng)力影響殘余壓應(yīng)力的大小。密合度的增加可使深滾壓工具與相同表面積之間有更多接觸。對(duì)于這2種工藝過(guò)程之間的相互影響，僅需考慮表面粗糙度即可。硬車工藝對(duì)表面粗糙度有重要的影響，這是由于高材料硬度阻止粗糙峰在滾壓過(guò)程中完全變形，因此初始表面粗糙度也決定了最終表面質(zhì)量。深滾壓工藝主要影響殘余應(yīng)力狀態(tài)。為了研究滾壓過(guò)程中工件溫度對(duì)邊界特性的影響，在不同的工件溫度下進(jìn)行了試驗(yàn)研究。環(huán)境溫度從室溫升高至300 ℃。結(jié)果表明，隨著溫度升高，殘余壓應(yīng)力的增幅最小，并且當(dāng)溫度超過(guò)200 ℃時(shí)，整個(gè)工件的硬度降低。然而，在硬車過(guò)程中產(chǎn)生的熱量?jī)H對(duì)工件局部產(chǎn)生影響。

外部載荷施加在軸承套圈上產(chǎn)生三維Hertz應(yīng)力。該模型考慮了軸承滾道的真實(shí)輪廓，利用該模型可獲得疲勞極限應(yīng)力τ_u和疲勞應(yīng)力指標(biāo)τ_i，并將其作為loannides-Harris疲勞壽命模型的輸人。根據(jù)loannides等人的研究，存活概率S確定為

第一步將標(biāo)準(zhǔn)研磨的軸承作為參考進(jìn)行研究。在試驗(yàn)滾動(dòng)軸承的前3x10⁷r(t為120 h)內(nèi)，其表面和次表面的特性發(fā)生了顯著變化。研究表明，對(duì)于研磨的軸承，殘余粗糙峰發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。如Voskamp的研究所示，殘余應(yīng)力產(chǎn)生在最大剪切應(yīng)力的深度處，且其應(yīng)力值在軸承經(jīng)歷3x10⁷r后保持恒定。

硬車軸承套圈的首次疲勞試驗(yàn)已表明這一工藝的潛在極限值。套圈的表面粗糙度過(guò)大會(huì)引起軸承過(guò)早失效，而表面粗糙度足夠低的軸承與研磨的軸承試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)。在疲勞壽命試驗(yàn)的跑合階段，粗糙峰減小，殘余應(yīng)力增大。與標(biāo)準(zhǔn)軸承相比，由于自制軸承的工作表面沒(méi)有凸度，會(huì)產(chǎn)生較低的最大Hertz應(yīng)力p_max(2 300 MPa)，因此，在試驗(yàn)過(guò)程中使軸承產(chǎn)生了較低的殘余應(yīng)力。

隨后的深滾壓工藝使?jié)L道產(chǎn)生較高的殘余應(yīng)力并降低了表面粗糙度。在最初的3 x10⁷r內(nèi)，殘余應(yīng)力仍保持在較高的水平。與跑合階段相比，該加工工藝使軸承產(chǎn)生更大的殘余應(yīng)力，降低了軸承運(yùn)行期間的臨界剪切應(yīng)力，并可計(jì)算出提高的軸承疲勞壽命。這同樣適用于硬車軸承套圈。硬車試樣中的殘余應(yīng)力相較于車削后深滾壓試樣移動(dòng)到更深的深度，如圖3所示，在經(jīng)過(guò)t為50 h和120 h的試驗(yàn)時(shí)間后，硬車試樣的殘余應(yīng)力未發(fā)生顯著變化。

（參考文獻(xiàn)略）

（來(lái)源：軸承雜志社）

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