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精密轴承内圈超声滚挤压加工表面微观形貌研究

刘佳  
【摘要】:精密滚动轴承是航空航天、高速运输和军工装备等高精尖领域的关键基础件,其套圈表层性能的提高可以最大程度地避免精密滚动轴承因早期失效而引发机械故障,是其装机装备运行性能和可靠性的关键;套圈表层性能是指表面微观形貌和表面层物理力学性能等因素的综合体现。超声滚挤压复合加工与传统滚挤压加工相比,具有滚压摩擦力小、成形表面粗糙度值低等一系列优点,同时可以在套圈表层形成有益的残余压应力。本文以精密轴承内圈为研究对象,采用超声滚挤压加工技术,研究超声滚挤压加工表面微观形貌的形成机制,探讨超声滚挤压加工参数对轴承套圈表面微观形貌的影响规律。基于金属弹塑性变形理论,分析超声滚挤压过程中工具头与精密轴承内圈接触之间的运动特征及相互作用关系,建立工具头与精密轴承内圈的接触力学模型和运动学模型,研究工具头与内圈接触过程中滚挤压力、弹塑性小变形发生的力学本质。分析超声滚挤压加工表面微观形貌成形原理,建立超声滚挤压加工表面微观轮廓高度理论模型,运用MATLAB仿真软件对不同加工参数下超声滚挤压加工表面微观形貌理论模型进行分析,探讨不同加工参数对轴承内圈表面微观形貌的影响规律;采用ABAQUS仿真软件建立轴承内圈超声滚挤压加工动力学仿真模型,分析不同加工参数对内圈表层金属流动及表面粗糙度的影响规律,揭示超声滚挤压加工表面微观形貌的形成机制。制订不同加工参数下超声滚挤压试验方案,通过粗糙度测量仪对内圈表面粗糙度进行测量,分析工件转速、工具头进给速度以及预挤压力三个加工参数对套圈表面粗糙度的影响规律;通过与仿真结果的对比分析,揭示超声滚挤压加工表面微观形貌的形成机理。运用考虑超声滚挤压加工参数间交互作用的二阶响应曲面法建立超声滚挤压轴承内圈表面粗糙度预测模型,优化加工参数,确定最优加工参数的组合方式。试验结果表明,超声滚挤压加工参数对零件表面粗糙度有显著性的影响。预挤压力在150N~300N范围内,零件表面粗糙度随压力的增大而减小,可达到Ra0.268;超过300N,表面粗糙度随压力的增大而呈增大趋势。随零件转速和滚挤压工具头进给速度的增加,表面粗糙度呈增大的趋势。所建立的粗糙度预测模型可以有效预测不同超声滚挤压加工参数下轴承内圈的表面粗糙度。


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