馬勇

柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司 廣西柳州 545005

由于當(dāng)前對(duì)螺紋構(gòu)件的制造生產(chǎn)過(guò)程中，主要采取高強(qiáng)合金材料來(lái)量化生產(chǎn)。高強(qiáng)合金材料雖然能夠提高螺紋緊固構(gòu)件的抗疲勞性能，但是對(duì)疲勞破壞的問(wèn)題不能夠有效解決。高強(qiáng)度合金材料不僅僅提高螺紋緊固構(gòu)件的生產(chǎn)成本，同樣由于螺紋緊固構(gòu)件的集中應(yīng)力較大，在生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)各種微觀缺陷，進(jìn)而降低整體產(chǎn)品的抗疲勞性能。根據(jù)相關(guān)研究顯示，對(duì)螺紋緊固構(gòu)件采用高強(qiáng)滾壓工藝處理，能夠提高整體產(chǎn)品的抗疲勞性能。由于高強(qiáng)螺紋滾壓工藝能夠提高抗疲勞性能極限效果高達(dá)百分之八十左右，因此，對(duì)高強(qiáng)螺紋滾壓工藝進(jìn)行相關(guān)研究顯得尤為重要。

1 有限元高強(qiáng)螺紋滾壓工藝模擬

螺紋緊固構(gòu)件相對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)的其它部件往往存在細(xì)小的特點(diǎn)，螺紋緊固構(gòu)件往往具備類(lèi)似的界面輪廓的溝槽。對(duì)高強(qiáng)滾壓工藝下的螺紋緊固構(gòu)件進(jìn)行有限元模型模擬分析計(jì)算，針對(duì)螺紋緊固構(gòu)件變形較小，對(duì)其前置處理為將滾壓輪軸設(shè)定為剛性，為了提高螺紋緊固構(gòu)件有限元模擬的計(jì)算速度，需要對(duì)螺紋緊固構(gòu)件底部進(jìn)行網(wǎng)格化細(xì)化。對(duì)于高強(qiáng)螺紋滾壓緊固構(gòu)件的試驗(yàn)材料為A系列超高強(qiáng)度鋼材，為了保障模擬試驗(yàn)計(jì)算材料特性的準(zhǔn)確度，需要對(duì)螺紋緊固構(gòu)件試驗(yàn)原材了進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，以此獲取相應(yīng)的參數(shù)。同樣為了確保有限元模擬試驗(yàn)過(guò)程的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，需要將螺紋緊固構(gòu)件滾壓輪軸與相鄰的三扣螺紋以此進(jìn)行滾壓工藝處理，設(shè)定其摩擦系數(shù)為零點(diǎn)零五[1]。

2 試驗(yàn)研究分析

2.1 有限元模擬與試驗(yàn)分析

對(duì)有限元高強(qiáng)螺紋模擬的準(zhǔn)確性運(yùn)用加工硬化指標(biāo)稀疏進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，有限元高強(qiáng)螺紋模擬和試驗(yàn)測(cè)試的相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，由此可發(fā)現(xiàn)塑性變形為螺紋緊固構(gòu)件加工硬化的主要影響因素，同樣有限元螺紋滾壓模擬結(jié)果分析中以塑性變形為因變量進(jìn)行線性分析。由相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析可知，在對(duì)螺紋緊固構(gòu)件滾壓后其底部材料在深度方向發(fā)生了嚴(yán)重的塑性變形，并且塑性變形往往由便面向內(nèi)部降低，并且在螺紋緊固構(gòu)件深度達(dá)到六十五微米的位置，其塑性變形的應(yīng)變力減小到零。由此可見(jiàn)，在進(jìn)行滾壓工藝后的螺紋緊固構(gòu)件發(fā)生了明顯的加工強(qiáng)化現(xiàn)象，并且最大的硬化層深度高達(dá)六十五微米。同樣由于實(shí)際試驗(yàn)的加工硬化結(jié)果分析與有限元模擬結(jié)果相近，因此最大滾壓加工硬化發(fā)生在材料表層，由于深度的影響導(dǎo)致加工硬化逐漸降低。同樣根據(jù)試驗(yàn)的滾壓加工數(shù)據(jù)顯示，在加工硬化深度達(dá)到六十微米，其數(shù)據(jù)與有限元模擬數(shù)據(jù)最大誤差在百分之八，因此保障了有限元模擬的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性[2]。

2.2 滾壓工藝參數(shù)優(yōu)化研究

在對(duì)滾壓緊固構(gòu)件螺紋進(jìn)行滾壓工藝處理后，在螺紋底部的區(qū)域測(cè)得應(yīng)變力的分布為存在較少，因此殘余應(yīng)變力得到有效的控制降低，保障了整體部件在工作時(shí)候的平均應(yīng)變力的均與分析改變，因此在夾角上最優(yōu)化設(shè)計(jì)角度為五十四度；同樣在滾輪直徑上，相比于表面應(yīng)壓力，其滾輪直徑的減小往往導(dǎo)致最大殘余應(yīng)變力和應(yīng)變力層增加，在直徑大于二十五毫米，應(yīng)變力變化與直徑不存在明顯關(guān)系，當(dāng)直徑小于二十五毫米，表面應(yīng)變力隨之減小，因此在滾輪的直徑上以二十五毫米為最佳；在圓弧半徑上，型面圓弧半徑小于零點(diǎn)二四毫米，殘余應(yīng)變力層不會(huì)隨著型面圓弧半徑的增加變化，當(dāng)圓弧半徑大于零點(diǎn)二四毫米，殘余壓變力會(huì)隨著圓弧取值的增大而減小[3]。但是在抗疲勞性能設(shè)計(jì)需求上，表面殘余應(yīng)變力和殘余壓變力層取值越大，越有利于提高零件的抗疲勞性能。因此，最佳型面圓弧半徑取值應(yīng)在大于零點(diǎn)二四毫米。因此在滾輪圓弧半徑上應(yīng)選取零點(diǎn)二四到零點(diǎn)二五毫米之間6。

2.3 試驗(yàn)抗疲勞性能分析

為了確保優(yōu)化后的滾壓參數(shù)的性能的有效性，需要采用不同的螺紋構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)抗疲勞性能。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，在滾壓處理器螺紋試驗(yàn)壽命大約在三萬(wàn)次左右，而經(jīng)過(guò)滾壓工藝處理后的試驗(yàn)構(gòu)件其平均使用次數(shù)提升了一點(diǎn)六倍，其使用次數(shù)高達(dá)五萬(wàn)次左右，而進(jìn)行憂患后的高強(qiáng)滾壓工藝處理后的螺紋使用次數(shù)可高達(dá)十二萬(wàn)次，其整體使用壽命提高了四倍，因此通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以確保高強(qiáng)優(yōu)化滾壓參數(shù)具備實(shí)用性?xún)r(jià)值。利用有限元模擬來(lái)確保試驗(yàn)參數(shù)的最優(yōu)化，確保滾輪夾角能夠保障在五十四度。同樣一定程度上的滾壓夾角越小，其殘余應(yīng)變力層也越深，保障滾壓直徑為二十五毫米左右，確保滾輪圓弧半徑在零點(diǎn)二四毫米左右，保障有限元模擬滾壓參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)，為螺紋構(gòu)件的良性發(fā)展提供保障[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，在螺紋緊固構(gòu)件的生產(chǎn)中，運(yùn)用高強(qiáng)滾壓工藝能夠提高整體的抗疲勞性能。同樣對(duì)高強(qiáng)螺紋滾壓工藝的有限元模擬進(jìn)行試驗(yàn)分析，可以有效證明采用優(yōu)化高強(qiáng)螺紋滾壓工藝能夠提高試驗(yàn)螺紋緊固構(gòu)件的抗疲勞性能，其提高效果高達(dá)四倍，抗疲勞性能提升顯著，因此能夠證明有限元高強(qiáng)模擬螺紋滾壓工藝優(yōu)化的有效性。為高強(qiáng)螺紋滾壓工藝的運(yùn)用和制造螺紋構(gòu)件行業(yè)的健康發(fā)展提供保障。