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    冷碾壓軸承環振動時效去應力

    更新時間:2020/7/8  點擊數:1135


    軸承是機械零件產品中常用的標準件采用冷碾壓工藝生產軸承環坯,可以提高軸承壽命并節約原材料。經過前期試驗分析,軸承環坯冷碾壓過程中不可避免存在殘余應力,是后續淬回火變形產生的主要影響因素。自然時效、熱時效、振動時效是降低材料內部殘余應力的主要方法,

    本文針對冷碾壓成形的 6311/01 軸承環振動時效 處理進行試驗分析,探索冷碾壓軸承環件內殘余應力的降低效果。

    1 振動時效機理

    振動時效是一種通過振動使材料內部的內應力得以松弛和減輕,從而使構件內殘余應力降低、尺寸穩定而達到時效的方法[2]。振動時效的機理已有大量 的 研 究 ,綜 合 現 有 研 究 成 果 ,可 以 達 成 如 下 共識[ 3- 5]:構件在共振狀態下獲得較大的激振動應力,在某個方向上的合應力超過材料的屈服極限,該處會產生屈服變形,引起殘余應力松弛并釋放出來,從而有效地降低峰值殘余應力,使整體殘余應力值下降。從位錯理論的微觀角度分析,殘余應力的本質是晶格畸變,而晶格畸變在很大程度上是由位錯引起的[6]。振動過程中,當外加激振力與殘余應力疊加的合力大于微觀塑性變形所需的流變應力時,金屬晶體將產生位錯運動[7]。由于應力集中區的位錯等的滑移流變,這時高殘余應力區的位錯塞積群將被開動,使晶體產生微觀塑性變形,使高殘余應力得以釋放,使此處應力變小,從整體看達到均化應力、降低或消除殘余應力的目的。

     

    2 試驗方案及內容

    2.1 試驗方案

    冷碾壓成形 6311/01 軸承環時每分鐘生產 2~3 只,而振動時效一般每只累計振動時間不應超過40 分鐘[8],這樣存在生產效率的不匹配。目前,按照 國 家 標 準《機 械 式 振 動 時 效 裝 置》GB/T25713-2010 生產的機械式振動時效裝置,雖然能適用碳素結構鋼、不銹鋼、低合金鋼等材質的鑄件、鍛件、焊接件等的時效處理,但其激振方式滿足不了冷碾壓成形軸承環成批量生產的工效要求。我們試驗 時 應 用 振 動 試 驗 臺 ,將 軸 承 鋼 GCr15 生 產 的6311/01 冷碾壓軸承環,用紙箱有序地小批量包裝成一體放置在振動試驗臺(如圖 1 所示),這樣既滿足成批量生產的應用要求,也防止振動中軸承環間相對運動而造成碰劃傷。

    2.2 試驗條件

    試 驗 所 用 6311/01 冷 碾 壓 軸 承 環 的 材 料 為GCr15;試驗設備為機械式振動臺,**大試驗負載100kg,振動方式為回轉式。

    2.3 試驗內容
    設置合適試驗參數是有效降低殘余應力必然考慮的問題。根據已經研究的理論知道,共振振動是消除應力的關鍵。一個無應力的工件具有獨特的固有頻率,含有殘余應力的工件的共振頻率比相同但不含應力的工件共振頻率高。在振動過程中,隨著殘余內應力下降,工件內阻尼減小,工件的固有頻率降低[9]。由于工件內各處殘余應力不等,其峰值大小無法估計,同時受振動試驗設備條件限制(只能在低頻 100 Hz 內進行振動時效),所以我們在試驗方案設計時,在振幅一定前提下,每 種 方 案 振 動 頻 率 按 高 中 低 三 階 段 遞 減 方 式 考慮。方案 1 為先按 100Hz 振動 40 分鐘后,轉換為66Hz 振動 40 分鐘,接著按 33 Hz 振動 40 分鐘;方案2 為按 80Hz 振動 40 分鐘后,轉換為 54Hz 振動 40 分鐘,**后按 27 Hz 振動 40 分鐘;為了對比時效效果,增加方案 3 的同一頻率 100Hz 同等時間振動和方案 4 的軸向振動(即環件擺放軸承環軸向為上下方向,震動頻率與方案 2 相同)兩種方式。

     

    圖 1  小批量工件擺放振動試驗臺

    3 振動時效試驗過程及結果分析

    3.1 試驗結果

    為 了 評 估 試 驗 環 件 振 動 時 效 消 除 應 力 的 效果,分別對試驗用冷碾壓軸承環編號,然后分組對應試驗,每種方案用 30 只 6311/01 軸承環,用盲孔 法對激振前和激振后的環件進行殘余應力測試,測試點設置在外圓面位于環件高度的 1 /2 處,試驗 結果及數據處理見表 1。

    3.2 結果分析

    環件殘余應力試驗前后**差大小,可在一定程度上表明環件測試面內的殘余應力消除程度,即**差越大,殘余應力消除越大;反之,**差越小,殘余應力消除越小。四種方案殘余應力試驗前后降低(**差)平均值比較,如圖 2 所示,方案 1 **優, 其次依次是方案 2、方案 3、方案 4。


    圖 2 殘余應力平均**差比較

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