滾珠絲杠副的疲勞試驗與失效分析.pdf

1、疲勞壽命是滾珠絲杠副可靠性的重要指標(biāo)。目前國內(nèi)對滾珠絲杠副的選材與熱處理工藝開展了大量的實驗研究，產(chǎn)品質(zhì)量有很大改進，但對滾珠絲杠副的疲勞壽命研究卻不多見。國產(chǎn)滾珠絲杠副在精度和疲勞壽命等可靠性方面與國外高檔產(chǎn)品相比尚有較大差距。因此，在優(yōu)選國產(chǎn)滾珠絲杠副材料和優(yōu)化熱處理工藝基礎(chǔ)上，開展疲勞壽命試驗研究，對提高國產(chǎn)滾珠絲杠副的質(zhì)量具有重要意義。
　　本文對國內(nèi)傳統(tǒng)GCr15鋼滾珠絲杠進行了疲勞試驗與失效分析，對其材質(zhì)與工藝缺陷進行

2、了研究。在此基礎(chǔ)上，對國產(chǎn)Φ80mm大規(guī)格滾珠絲杠的選材與熱處理工藝進行了優(yōu)化，將山東博特精工股份有限公司生產(chǎn)的55CrMo鋼滾珠絲杠副與同規(guī)格的臺灣產(chǎn)50CrMo4鋼、日本產(chǎn)50CrMo4鋼滾珠絲杠副進行了疲勞試驗。通過表面形貌觀察、化學(xué)成分分析、顯微組織觀察、硬度梯度分布檢測等手段進行了疲勞試驗結(jié)果對比和失效分析。
　　研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)GCr15鋼滾珠絲杠易于發(fā)生早期失效的主要原因是絲杠溝槽底部（即工作部位）的表面淬硬層硬度

3、梯度分布不合理，這與鋼材選用和表面感應(yīng)加熱淬火工藝不當(dāng)有關(guān)。
　　選定國產(chǎn)55CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼為Φ80mm及以上大規(guī)格滾珠絲杠的專用材料。預(yù)先熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)處理，表面感應(yīng)加熱淬火工藝采用四匝感應(yīng)圈和優(yōu)化的工藝參數(shù)。因此，55CrMo鋼滾珠絲杠基體和表面淬硬層的組織合理、性能改善，保證了大規(guī)格滾珠絲杠的質(zhì)量要求。
　　疲勞試驗結(jié)果表明，在相同試驗條件下，山東博特精工股份有限公司產(chǎn)Φ80mm規(guī)格55CrMo鋼滾珠絲杠副的疲

4、勞壽命最長，而日本產(chǎn)50CrMo4鋼和臺灣產(chǎn)50CrMo4鋼滾珠絲杠副的疲勞壽命依次降低。因此，55CrMo鋼滾珠絲杠副的綜合性能指標(biāo)達到或超過了臺灣和日本同類產(chǎn)品的先進水平。
　　失效分析結(jié)果表明，山東博特精工股份有限公司產(chǎn)55CrMo鋼滾珠絲杠副的失效原因主要是，B螺母中GCr15鋼球破損，從而對螺母的滾道表面造成擦傷，鋼球的破損與碳化物偏聚有關(guān)。臺灣產(chǎn)50CrMo4鋼滾珠絲杠副的失效原因主要是A螺母滾道發(fā)生嚴重剝落，這與A螺

5、母表層組織中存在粗針狀馬氏體有關(guān)。日本產(chǎn)50CrMo4鋼滾珠絲杠副的失效原因則主要是A、B螺母滾道存在明顯壓痕及點蝕，這與螺母中存在帶狀組織有關(guān)。55CrMo鋼滾珠絲杠的表面有效淬硬層深度、硬度梯度分布均優(yōu)于臺灣和日本生產(chǎn)的同規(guī)格50CrMo4鋼滾珠絲杠。
　　綜合實驗和分析結(jié)果表明，國產(chǎn)55CrMo鋼滾珠絲杠采用調(diào)質(zhì)預(yù)先熱處理+四匝感應(yīng)圈與優(yōu)化的表面感應(yīng)加熱淬火工藝，可以滿足Φ80mm及以上大規(guī)格滾珠絲杠的工藝質(zhì)量要求，具有重要