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42CrMo轴承钢超声滚挤压表面加工硬化程度研究

王晓强 刘东亚 阮孝林 刘飞

王晓强,刘东亚,阮孝林, 等. 42CrMo轴承钢超声滚挤压表面加工硬化程度研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1923-1929 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200052
引用本文: 王晓强,刘东亚,阮孝林, 等. 42CrMo轴承钢超声滚挤压表面加工硬化程度研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1923-1929 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200052
Wang Xiaoqiang, Liu Dongya, Ruan Xiaolin, Liu Fei. Study on Work Hardening Degree in Ultrasonic Rolling Extrusion of 42CrMo Bearing Steel[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1923-1929. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200052
Citation: Wang Xiaoqiang, Liu Dongya, Ruan Xiaolin, Liu Fei. Study on Work Hardening Degree in Ultrasonic Rolling Extrusion of 42CrMo Bearing Steel[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1923-1929. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200052

42CrMo轴承钢超声滚挤压表面加工硬化程度研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200052
基金项目: 国家重点研发计划重点专项(2018YFB2000405)与国家自然科学基金项目(U1804145)资助
详细信息
    作者简介:

    王晓强(1972−),教授,博士,研究方向为先进制造技术和精密制造技术研究,wang_xq2002@163.com

  • 中图分类号: TG376.1

Study on Work Hardening Degree in Ultrasonic Rolling Extrusion of 42CrMo Bearing Steel

  • 摘要: 为探究超声滚挤压强化对42CrMo轴承钢表面加工硬化程度的影响,本文通过正交试验、极差分析、方差分析探究各工艺参数对加工硬化程度的影响规律、显著性和贡献率,采用逐步回归的方法构建超声滚挤压表面加工硬化程度预测模型。研究表明:超声振幅和静压力是影响42CrMo材料应变的主要因素,而工件转速和进给速度影响应变的分布;振幅表面加工硬化程度影响最大,贡献率达到了71.61%,进给速度最小,贡献率仅为0.41%;表面硬化程度随超声振幅、静压力增大而增大,随工件转速的增大先增大后减小,随进给速度增大缓慢减小;基于逐步回归预测模型获得的加工硬化程度值与实测值基本一致,所构建的预测模型整体显著性较强具有很高的可靠性和预测能力。
  • 图  1  超声滚挤压表面强化加工原理示意图

    图  2  超声滚挤压强化过程

    图  3  HVS-1000A型数显显微维氏硬度计

    图  4  维氏显微硬度测量原理

    图  5  各工艺参数对加工硬化程度的影响规律

    图  6  预测结果与试验结果对比

    表  1  材料42CrMo中各元素的质量分数 %

    元素 C Mn Cr Mo Si Ni P Fe
    所占比例 0.37 0.77 0.98 0.21 0.15 0.04 0.03 97.41
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    表  2  超声滚挤压工艺参数

    水平次序n/(r·min−1f/(mm·min−1)A/μmF/N
    1 100 10 6 150
    2 225 22 10 225
    3 350 34 15 375
    4 475 46 20 525
    5 600 60 25 630
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    表  3  正交试验结果

    序号nfAF硬度HV加工硬化程度NH
    1 1 1 1 1 667.16 105.76%
    2 1 2 2 2 679.32 107.68%
    3 1 3 3 3 695.08 110.18%
    4 1 4 4 4 703.65 111.54%
    5 1 5 5 5 710.84 112.68%
    6 2 1 2 3 692.69 109.80%
    7 2 2 3 4 703.93 111.58%
    8 2 3 4 5 711.53 112.79%
    9 2 4 5 1 701.27 111.16%
    10 2 5 1 2 674.08 106.85%
    11 3 1 3 5 709.44 112.46%
    12 3 2 4 1 698.31 110.69%
    13 3 3 5 2 707.85 112.21%
    14 3 4 1 3 682.74 108.23%
    15 3 5 2 4 697.50 110.56%
    16 4 1 4 2 705.99 111.91%
    17 4 2 5 3 715.22 113.37%
    18 4 3 1 4 690.02 109.38%
    19 4 4 2 5 700.63 111.06%
    20 4 5 3 1 694.53 110.09%
    21 5 1 5 4 719.36 114.03%
    22 5 2 1 5 689.70 109.33%
    23 5 3 2 1 685.71 108.70%
    24 5 4 3 2 696.03 110.33%
    25 5 5 4 3 705.93 111.90%
    K1j 109.568% 110.791% 107.909% 109.281%
    K2j 110.438% 110.532% 109.561% 109.797%
    K3j 110.829% 110.651% 110.930% 110.697%
    K4j 111.164% 110.464% 111.767% 111.420%
    K5j 110.858% 110.419% 112.691% 111.663%
    Rj 1.596% 0.373% 4.782% 2.382%
    排序 3 4 1 2
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    表  4  方差分析

    因素 偏差平方和 自由度 均方差 F比值 贡献率/%
    n 7.96×10−4 4 0.000199 244.219 7.78
    f 4.5×10−5 4 0.000011 13.830 0.41
    A 7.309×10−3 4 0.001827 2241.066 71.61
    F 2.045×10−3 4 0.000511 627.081 20.01
    误差 6.52×10−6 8 8.15×10−7 0.19
    总和 1.020 2×10−2 24 100
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    表  5  验证试验结果

    序号 n/(r·min−1 f//(mm·min−1 A/μm F/N 加工硬化
    程度NH/%
    1 600 22 25 375 113.75
    2 475 34 15 525 111.66
    3 350 46 6 630 109.48
    4 225 34 6 225 107.77
    5 100 10 10 225 107.96
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-16
  • 网络出版日期:  2020-12-08
  • 刊出日期:  2020-12-05

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