不同喷丸工艺下残余应力沿深度的分布规律.PDF

第35卷第12期 北京工业大学学报 V01．35No．12 INGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY Dec．2009 2009年12月 JOURNAI，OFBEIJ 不同喷丸工艺下残余应力沿深度的分布规律 张亦良，张振海，刘金艳 (北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京 100124) 摘要：利用x射线衍射法系统研究了16种不同喷丸工艺产生的残余应力。每个工件取4个不同位置测点， 每测点在表面下250弘m范围内取8个测试深度，采用电解抛光进行剥层，结果表明：国产弹丸最大残余压应力 出现在表面下50弘m处，影响层深150肛m；进口弹丸最大应力出现在50～75弘m处，影响层深为200肛m；喷丸工 艺中抛头转速与阿尔门值成正比，随阿尔门值增大残余应力略有增加，但残余应力最大值与阿尔门值之间没有 定量对应关系；喷丸后残余应力的影响层深度与弹丸特性有直接关系，而与抛头转速无关。 关键词：喷丸；残余应力；X射线衍射 16 中图分类号：TG17；TH 文献标志码：A 文章编号：0254—0037(2009)12—1585—06 为提高构件的抗疲劳性能和使用寿命，通常采用喷丸工艺，使其表面形成残余压应力层．因为喷丸过 程涉及多个参数，如受喷材料的性质、弹丸喷射方式、速度、形状与尺寸、喷击时间等，所以，所产生残余压 应力受诸多方面影响，目前仍缺乏喷丸过程的定量化分析以及与此相关的参数优化，因此在较多领域并未 将喷丸引起的残余应力作为总残余应力的一部分．而在英国、德国、日本和中国，已将喷丸产生的残余应 力考虑到汽车零件的抗疲劳设计中，由此减轻产品重量…1．汽车后桥是汽车承载的主要零部件，由于冲压 成型，在某些截面变化的应力集中处存在较大的残余拉应力【2J，在汽车行进过程中，路面的颠簸相当于对 其施加随机疲劳载荷，急转弯或急刹车使横梁受弯曲与扭转共同作用，从而容易导致危险部位的疲劳断 裂．为了有效降低残余拉应力，实行喷丸处理．喷丸强化【3J过程是零件表层发生循环塑性变形的过程，当 大量高速弹丸撞击零件表面时，将产生均匀致密的塑性变形区，使组织细化及表层加工硬化，产生残余压 应力，这样可有效消除或减少表层缺陷对零件疲劳强度的影响【3击J，抑制或减缓疲劳裂纹的形成和扩展， 起到强化作用[7-8]，其中关键是对材料表层及一定深度内施加残余压应力．本文针对汽车后桥16种不同 喷丸工艺产生的残余应力进行了系统研究分析．为保证实验的可靠性，对每个工件取4个不同位置的测 点．在250肚m的深度范围内，每个测点取8个测试深度．通过制作专用卡具及电解抛光的标定方程，解决 了25肚m深度的精确获取与测量技术问题．在大量实验基础上，得到了不同喷丸工艺下的表面残余压应 力数值、最大残余应力的数值与位置、残余压应力影响层深度3个主要特征值及其沿深度方向的变化趋 势，为最终确定最佳喷丸工艺提供了实验依据． 1 实验 1．1残余应力测试方案 为寻找最佳的工艺参数，选择2种弹丸(国产及进口)分别采用8种不同的喷丸工艺．残余应力测试 方案综合采用以下原则：1)考虑喷丸后应力分布的可靠性实验中所有的喷丸对象相同，从每种工艺处理 mm×50 后工件的相同位置上截取4个典型部位进行残余应力测试，试样尺寸约为90 mm；2)测试位置的 选择考虑到工件冲压成型后，最大应力及多数缺陷出现在截面形状变化较大的部位，喷丸应重点改善这 些部位的应力状态，因此测试部位选择在工件冲压后弯曲变形较大的位置；3)测试方向的选择考虑到实 收稿日期：2007—12—03． 作者简介：张亦良(1955一)，女，北京人，教授． 1586 北京工业大学学报 2009芷 验工作量大，测试方向优选为冲压后的最大主应力方向；4)测试深度的选择为得到残余应力沿深度的分 布规律，同时考虑到喷丸为表面强化处理工艺，测试深度确定为250“m，在此范围内选择测试8个位置。 分别为O、50、75、100、15