火車車軸三維殘余應(yīng)力分布規(guī)律研究.pdf

1、本課題由中國北車集團大同電力機車有限責(zé)任公司提供，來源于“提高我國自行制造火車車軸使用壽命”的實際工程項目，圍繞其“新型淬火工藝效果”的核心問題，采用X射線車削剝層法進行了車軸三維殘余應(yīng)力分布規(guī)律的系統(tǒng)測試研究，對車軸制造工藝的改進提供了重要的實驗依據(jù)。 本研究涉及兩個關(guān)鍵問題：一是剝層法殘余應(yīng)力修正理論實際工程應(yīng)用問題，現(xiàn)有理論為針對無限長厚壁圓筒的連續(xù)積分方程，無法直接應(yīng)用；另一問題是車削剝層過程中加工殘余應(yīng)力的影響。車削加

2、工時會在工件表面形成一個與車削用量、刀具角度等多種因素相關(guān)的復(fù)雜殘余應(yīng)力場，直接影響測量結(jié)果的準確性。目前對于車削殘余應(yīng)力分布規(guī)律的研究還很不完善，工程實際中無現(xiàn)成的研究成果可供利用。針對這兩個問題，本文做了理論和實驗兩方面的基礎(chǔ)性研究。 基本理論方面，在現(xiàn)有剝層法殘余應(yīng)力修正公式的基礎(chǔ)上，直接以無限長實心圓柱體為模型，建立一系列基本假設(shè)條件，推導(dǎo)了剝層法殘余應(yīng)力修正公式，提出了方便實際應(yīng)用的離散型解法，并驗證了與現(xiàn)有理論的一致

3、性。 基礎(chǔ)實驗方面，對車削加工引起的殘余應(yīng)力進行了系統(tǒng)的研究，采用單因素實驗方法從車削深度、車削速度、進給量三個不同角度研究了殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。結(jié)果表明，各個參數(shù)對殘余應(yīng)力的影響不同，車削深度為0.75mm時，殘余應(yīng)力影響層深度出現(xiàn)極值，最大達到0.8mm；表面環(huán)向殘余應(yīng)力和進給量之間滿足良好的線性關(guān)系。實驗過程中摸索出一套準確測量拋光深度的方法。在大量實驗的基礎(chǔ)上，給出了適合工程應(yīng)用的數(shù)學(xué)圖表及表達式。 為了研究離散

4、型應(yīng)力修正公式的實用性，本文在車削加工殘余應(yīng)力分布規(guī)律的實驗研究基礎(chǔ)上，應(yīng)用剝層法測量計算了φ150×150mm的45鋼圓柱試件淬火后三維殘余應(yīng)力分布，同時進行了硬度測試和金相分析。擬合得到了三維殘余應(yīng)力分布函數(shù)，嘗試研究了宏觀殘余應(yīng)力、硬度和微觀組織轉(zhuǎn)變之間的關(guān)系。驗證了剝層法殘余應(yīng)力測試和修正結(jié)果的合理性. 最后，在以上充分的理論和實驗準備基礎(chǔ)上，應(yīng)用X射線衍射法和車削剝層法相結(jié)合的手段對三根實際火車車軸的淬火、滾壓等工藝過