[發明專利]鋼件和該鋼件的車削殘余應力分布的實驗研究方法

有效

• 申請號: 201610152491.0
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105784960B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 馮平法;張建富;馬原;吳志軍;郁鼎文
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N33/20
• 分類號: G01N33/20
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 黃德海

技術領域

本發明涉及機械領域，具體而言，涉及鋼件，還涉及所述鋼件的車削殘余應力分布的實驗研究方法。

背景技術

工件表層的殘余應力對工件的靜強度、耐腐蝕性、疲勞強度以及尺寸穩定性等都有非常重要的影響，特別是對于在惡劣工作環境下服役的機械零部件，表面殘余應力對其服役性能影響尤為顯著。

發明內容

本申請是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識作出的：影響車削殘余應力的數值和分布的因素很多，目前相關研究僅僅關注不同車削參數(如車削速度、車削深度、進給量等)和不同刀具參數(如刀具前角、刀具后角、車削刃形狀和參數、刀尖圓角半徑等)對車削殘余應力分布的影響，因為這些車削參數是生產實踐中可以直接控制的。但是除了上述這些參數的影響外，工件毛坯材料中因為熱處理工藝和前面的冷加工工序而產生的殘余應力(即初始殘余應力)和裝夾過程引入的裝夾應力，會與加工過程中的車削應力場和溫度場耦合，影響最終的車削殘余應力分布。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出一種具有裝夾應力小的優點的鋼件。

本發明還提出一種所述鋼件的車削殘余應力分布的實驗研究方法，所述實驗研究方法具有工件無初始殘余應力、工件裝夾應力小、切削參數均勻穩定的優點，從而保證切削殘余應力研究的可靠性。

根據本發明第一方面實施例的鋼件包括：夾持段，所述夾持段為圓柱狀；車削段，所述車削段為圓柱狀，所述車削段的直徑大于所述夾持段的直徑；和過渡段，所述過渡段為圓臺狀，所述過渡段的第一端與所述夾持段相連，所述過渡段的第二端與所述車削段相連，其中所述夾持段的高、所述車削段的高和所述過渡段的高之和為所述鋼件的高，所述鋼件的高與所述夾持段的直徑的比值大于等于1：1且小于等于3：1。

根據本發明實施例的鋼件具有裝夾應力小的優點。

另外，根據本發明上述實施例的鋼件還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述鋼件的高與所述夾持段的直徑的比值大于等于1：1且小于等于1.75：1，優選地，所述鋼件的高與所述夾持段的直徑的比值為1.35：1。

根據本發明的一個實施例，所述車削段的遠離所述過渡段的第一端面上設有凹槽，所述凹槽的橫截面為圓形，所述車削段的位于所述凹槽的壁面與所述車削段的周面之間的部分為被車削部。

根據本發明的一個實施例，所述凹槽的邊沿位于所述夾持段的外側。

根據本發明第二方面實施例的鋼件的車削殘余應力分布的實驗研究方法，所述鋼件為根據本發明第一方面所述的鋼件，所述實驗研究方法包括以下步驟：A)利用去應力退火工藝對所述鋼件進行熱處理；B)利用卡盤夾持所述夾持段以便裝夾所述鋼件，利用第一刀具對所述車削段的遠離所述過渡段的第一端面進行修平；C)利用第二刀具對修平后的所述第一端面進行車削；和D)測量車削后的所述第一端面的殘余應力。

通過利用本發明實施例的鋼件的車削殘余應力分布的實驗研究方法，從而可以消除鋼件的初始殘余應力和跳動度誤差，由此可以更加精確地測量鋼件的車削段的車削殘余應力分布。因此，根據本發明實施例的鋼件的車削殘余應力分布的實驗研究方法具有工件無初始殘余應力、工件裝夾應力小、切削參數均勻穩定的優點。

根據本發明的一個實施例，在所述步驟B)中，裝夾所述鋼件后，打表測量所述第一端面的跳動度，如果所述跳動度大于等于20微米，重新裝夾所述鋼件直至所述跳動度小于20微米。

根據本發明的一個實施例，所述第一刀具的車削刃的鈍圓半徑大于等于4微米且小于等于10微米，所述第一刀具的刀尖圓角小于等于100微米，所述第一刀具的車削深度小于等于10微米，所述第一刀具的每轉進給量小于等于10微米。

根據本發明的一個實施例，所述第一刀具的車削刃的鈍圓半徑大于等于4微米且小于等于5微米，所述第一刀具的刀尖圓角為45微米，所述第一刀具的車削深度為5微米，所述第一刀具的每轉進給量為5微米。

根據本發明的一個實施例，在所述步驟B)中，所述第一刀具的車削線速度保持恒定。

根據本發明的一個實施例，所述第二刀具的車削深度小于等于2毫米，在進行所述車削的過程中，所述第二刀具的車削線速度保持恒定。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的鋼件的結構示意圖；

圖2a-圖2c是根據本發明實施例的鋼件的裝夾應力的仿真圖；

圖3是根據本發明實施例的鋼件的車削殘余應力分布的實驗研究方法的流程圖。

附圖標記：