軸承強化研磨加工時間對溝道表面殘余壓應力的影響*

謝碧洪，劉曉初，梁忠偉，陳 勝，蕭金瑞，張建文

（廣州大學機械與電氣工程學院，廣東廣州 510006）

軸承強化研磨加工時間對溝道表面殘余壓應力的影響*

謝碧洪，劉曉初，梁忠偉，陳 勝，蕭金瑞，張建文

（廣州大學機械與電氣工程學院，廣東廣州 510006）

通過試驗探討了在軸承強化研磨加工中加工時間對套圈溝道表面殘余壓應力的影響。試驗結果表明，加工時間對殘余壓應力影響反應很快，開始加工時間區段，隨著加工時間的增加，殘余壓應力增大，隨著時間的推移，增加速度變慢并逐漸趨于穩定。

強化研磨；加工時間；溝道；表面殘余壓應力

0 引言

軸承強化研磨技術是一種基于復合加工方法的使金屬材料具有抗疲勞、抗腐蝕、抗磨損特性的精密加工技術，集強化塑性加工和研磨微切削于一體的“強化研磨加工”新方法。基于類似噴丸的原理，通過噴管將混有高強度噴丸的強化研磨液（由混合鋼珠、強化液、研磨粉組成）高壓噴射到工件表面，對表面進行隨機等概率的碰撞如圖1所示，其中噴丸使其表面層發生彈塑性變形，并產生殘余壓應力[1]。而軸承表面的殘余壓應力是反映軸承質量的一個重要指標，大量研究表明，表面殘余壓應力會影響軸承的疲勞強度及尺寸精度[2-4]。為此，本文研究加工時間對殘余壓應力的影響，以期為提高軸承壽命提供參考。

圖1 強化研磨加工原理示意圖

1 實驗基本原理

采用X射線衍射的方法來測試式樣的殘余壓應力，其基本原理是：當試樣中存在殘余壓應力時，晶面間距將發生變化，發生布拉格衍射時，產生的衍射峰也隨之移動，而且移動距離的大小與應力的大小相關，用波長λ的X射線，先后數次以不同的入射角照射到試樣上，測出相應的衍射角2θ，求出2θ對sin2ψ的斜率M，進而求得應力σψ[5-6]。

X射線衍射的方法主要是測試沿試樣某一方向上的內應力，本次測試的方向是試樣法向方向。限制于X射線的穿透力，只能測試試樣表層應力，可視為二維應力狀態，可求得與試樣表面成法向成ψ角的應變εψ的表達式為

式（1）中σ1、σ2為沿試樣表面的主應力，E、ν是試樣的彈性模量和泊松比。

εψ的量值可以用衍射晶面間距的相對變化來表示，即：

式（2）中θ0為無應力試樣衍射峰的布拉格角，θψ為有應力試樣衍射峰的布拉格角。

由上面兩個式子代入并求偏導，可得：

其中K只是和材料及衍射面HKL有關的常數，當材料相同，且衍射面指數相同時，K為定值，稱作應力系數。M是(2θ)-sin2ψ直線的斜率。

2 實驗數據分析

本實驗工件為角接觸球軸承的內圈，內圈的外徑直徑為70.00 mm，材料為GCrl5軸承鋼，硬度可以達到60～62HRC，機械性能如表1所示。

表1 軸承材料GCr15淬回火后的機械性能表

測試試樣為5個，分別為I～V號，測試曲線如分別如圖2（a）～（e）所示，代入值積分可得殘余壓應力值填入后面的表2中[7]。

圖2 I～V號試樣X射線衍射曲線圖

3 加工時間對表面殘余壓應力的影響

相同的加工工藝參數：①噴頭直徑：10 mm；②套圈隨工件轉速150 r/min；③噴嘴與套圈表面距離：45 mm；④噴射壓力：0.7 MPa。

不同加工工藝參數：I、II、III、IV、V號軸承套圈加工時時間分別為0 min、1 min、3 min、5 min、7min，加工后測量表面殘余壓應力數據記錄如下：

Bearing Reinforcement of Grinding Time the Influence of the Residual Compressive Stress on the Surface of a Channel

XIE Bi-hong，LIU Xiao-chu，LIANG Zhong-wei，CHEN Sheng，XIAO Jin-rui，ZHANG Jian-wen
（School of Mechanical&Electrical，Engineering，Guangzhou University，Guangzhou510006，China）

Through experiments，the paper discusses the processing time to ring in the bearing reinforcement of grinding surface residual compressive stress channel.The test results show that the processing time effect on residual compressive stress response soon，start processing time section，with the increase of processing time，the residual compressive stress increases，with the passage of time，the increased slowly and gradually stabilized.

strengthening and polishing；process time；raceway；surface residual compressive stress

TG668

A

1009－9492(2014)03－0068－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.020

*青年科學基金項目（編號：51205073）；國家自然科學基金項目（編號：51275100）

2013－12－20