在深滾壓加工過(guò)程中,滾柱或滾球以設(shè)定的力壓在零件表面并在表面上滾動(dòng)。滾壓元件與表面之間的高表面壓力會(huì)導(dǎo)致表面變形,并對(duì)零件邊緣區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
深滾壓工藝能夠在零件邊緣區(qū)域引入深度達(dá) 1-2 毫米的殘余壓應(yīng)力,這一深度明顯大于噴丸處理所能達(dá)到的深度。這些應(yīng)力變化會(huì)抵消機(jī)械載荷下的裂紋擴(kuò)展,從而提高零件的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度。
此外,深滾壓還能強(qiáng)化微觀結(jié)構(gòu),提高表面硬度,例如可減少零件的磨粒磨損。顯微硬度測(cè)量顯示,硬度可提升 10%-30%。
這對(duì)您的零件意味著什么:
深滾壓不僅能使表面光潔度提升至 95%,還能引入殘余壓應(yīng)力,增加硬度,從而顯著延長(zhǎng)零件的使用壽命。
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深滾壓工藝的詳細(xì)工作原理
深滾壓與滾光、機(jī)械錘擊噴丸和噴丸處理一樣,都屬于機(jī)械表面處理工藝。當(dāng)需要將表面和邊緣區(qū)域的性能調(diào)整到預(yù)定目標(biāo)值以提高零件質(zhì)量或性能時(shí),就會(huì)用到這些工藝。與該類別中的其他工藝相同,深滾壓通過(guò)機(jī)械應(yīng)力使表面發(fā)生局部塑性變形。
圖:冷成形
和滾光工藝類似,深滾壓時(shí),滾壓元件以預(yù)定的力壓在零件表面。滾壓元件在整個(gè)表面移動(dòng),對(duì)整個(gè)零件產(chǎn)生積極影響。滾壓元件與表面之間的局部接觸壓力會(huì)使表面的粗糙峰發(fā)生塑性變形。這種變形通常在表面以下 0.2-1 毫米的深度仍能顯現(xiàn),并對(duì)邊緣區(qū)域產(chǎn)生影響。加工過(guò)程中表面區(qū)域產(chǎn)生的局部應(yīng)力會(huì)引入殘余壓應(yīng)力,提高表面硬度并使表面發(fā)生應(yīng)變硬化。
圖:深滾壓的效果
正是這種對(duì)邊緣區(qū)域的刻意影響,使深滾壓有別于滾光工藝。滾光工藝的目的是獲得盡可能光滑的表面,邊緣區(qū)域的硬化只是一個(gè)積極的副作用。而深滾壓則恰恰相反,表面粗糙度的降低只是一個(gè)副作用,其目標(biāo)是使邊緣區(qū)域達(dá)到特定的狀態(tài)。因此,深滾壓的工藝要求高于滾光。必須提前明確設(shè)定工藝參數(shù),并精確監(jiān)控相應(yīng)的滾壓參數(shù)。通常情況下,若不對(duì)零件進(jìn)行破壞性測(cè)試,就無(wú)法檢測(cè)邊緣區(qū)域狀態(tài)的差異,因此工藝控制必須更為精確。為此,新型智能工具(如 ECOROLL AG 公司的 ECOsense 工具)能夠在加工過(guò)程中監(jiān)控關(guān)鍵變量 “滾壓力”,并即時(shí)檢測(cè)誤差。
圖:深滾壓對(duì)使用壽命的影響
深滾壓的積極效果在承受動(dòng)態(tài)應(yīng)力的零件上表現(xiàn)得尤為明顯。文獻(xiàn)中有大量證據(jù)表明,經(jīng)過(guò)深滾壓處理的零件,其疲勞強(qiáng)度相較于未滾壓處理的零件有顯著提高。通過(guò)這種簡(jiǎn)單且高效的工藝,零件的使用壽命可延長(zhǎng) 2 至 5 倍。因此,特別是在需要提高資源效率的當(dāng)下,深滾壓是一種 合理性的工藝,因?yàn)樗屎芨撸瑫r(shí)成本相對(duì)較低。通過(guò)這種工藝對(duì)零件進(jìn)行處理后,零件能夠承受更大的載荷,且使用壽命更長(zhǎng)。因此,可以使用更廉價(jià)的材料或更少的材料(即輕量化結(jié)構(gòu))。這些效果帶來(lái)的益處有助于降低許多不同行業(yè)中零件的碳足跡。
與滾光工藝一樣,深滾壓可在常規(guī)車床和銑床上進(jìn)行。根據(jù)待加工零件的幾何形狀,會(huì)設(shè)計(jì)專用工具來(lái)執(zhí)行所需的加工操作。與其他硬化工藝(如噴丸處理或機(jī)械錘擊噴丸)相比,深滾壓在許多方面都具有優(yōu)勢(shì)。例如,深滾壓中殘余應(yīng)力的滲透深度明顯大于噴丸處理。原因很簡(jiǎn)單,滾壓元件的尺寸大于噴丸材料的尺寸。這會(huì)在零件上形成更大的接觸面積,進(jìn)而使應(yīng)力的滲透深度更大。
深滾壓的應(yīng)用實(shí)例
輪緣深滾壓
輪轂深滾壓
轉(zhuǎn)向節(jié)深滾壓
轉(zhuǎn)向桿深滾壓
輪輞深滾壓(半徑輪廓)
輪輞深滾壓(軸承孔)
拉伸螺栓深滾壓
高強(qiáng)度螺栓深滾壓
鐵路車軸深滾壓
API 錐螺紋深滾壓
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