[发明专利]一种高承载轴类零件预扭超声滚压复合强化方法

说明书

本发明提供一种高承载轴类零件预扭超声滚压复合强化方法，将高承载轴类零件安装在扭转试验机上，采用多次加载卸载的方式使零件产生扭转变形，接着将预扭完成的高承载轴类零件固定在机床主轴上，利用超声滚压装置对预扭完的零件表面进行超声滚压。经过预扭超声滚压复合强化的高承载轴类零件具有更高的疲劳寿命。该复合强化方法操作简单，可以显著提高高承载轴类零件的疲劳寿命，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明涉及金属零件表层机械加工领域，具体涉及一种高承载轴类零件预扭超声滚压复合强化的方法。

背景技术

高承载轴类零件作为车辆、船舶及其他机动设备的核心部件，常常受到大应力、大应变和循环冲击载荷的作用，易造成高承载轴类零件的扭转疲劳断裂。因此，提高高承载轴类零件的工作性能及疲劳寿命是提高机动设备性能的关键因素。

预扭强化可以显著提高高承载轴类零件的预扭方向的承载能力，减小高承载轴类零件在工作中的蠕变变形，提升工作中的可承载应力水平，而超声滚压加工是将超声冲击和静载滚压相结合的一种表面强化方法，通过在被加工零件表面方向引入超声频的机械振动，结合滚压头与被加工零件之间的静压力，促使零件表层发生塑性变形，减少零件表面粗糙度，实现金属零件表层机械加工强化。

然而随着高端机动设备地发展，对高承载轴类零件的抗疲劳性能提出了更高的要求，单独的预扭强化或超声滚压强化方法已经很难满足高承载轴类零件复杂环境下的抗疲劳性能的要求，迫切需要一种效果更好的轴类零件强化方法。

发明内容

本发明的目的就是致力于解决上面的问题，提出了一种高承载轴类零件预扭超声滚压复合强化方法，即将待强化轴类零件先通过预扭试验机进行预扭强化，再进行超声滚压强化。

实现本发明的技术方案如下：

一种预扭超声滚压复合强化方法，包括如下步骤：

步骤S1、预扭强化

将高承载轴类零件安装在扭转试验机上，开启扭转试验机开关，伺服电机转动，通过皮带传动带动主轴转动，使高承载轴类零件产生扭转变形。

步骤S2、超声滚压强化

使用左右顶针将预扭完成的高承载轴类零件固定在机床主轴上，打开超声波发生器开关，超声滚压装置对零件表面进行超声滚压。

进一步地，所述扭转强化，采用多次连续加载、卸载的方法，其过程为：第一次预扭角度为θ₁，卸载后弹性角度为θ₂，则残余变形角度为θ₃＝θ₁-θ₂；第二次预扭角度为θ₄，卸载后弹性角度为θ₅，残余变形角度为θ₆＝θ₄-θ₅，第三次预扭角度为θ₇，卸载后弹性角度为θ₈，残余变形角度为θ₉＝θ₇-θ₈。

进一步地，通过疲劳寿命试验测试高承载轴类零件的疲劳寿命。

进一步地，所述疲劳寿命试验是在扭转疲劳试验平台上进行的，即对同一工艺参数下的高承载轴类零件试样设计3组不同的最大切应力τ_max值，即1400MPa、1320MPa、1200MPa，根据τ_max值由大到小的顺序进行疲劳试验。

进一步地，为保证对疲劳试样试验过程中应力应变曲线描述的准确性，设置采样频率为加载频率的100倍，即在每个扭转加载周期采样100个应力、应变数据。