馬勇

柳州歐維姆機械股份有限公司 廣西柳州 545005

由于當前對螺紋構(gòu)件的制造生產(chǎn)過程中，主要采取高強合金材料來量化生產(chǎn)。高強合金材料雖然能夠提高螺紋緊固構(gòu)件的抗疲勞性能，但是對疲勞破壞的問題不能夠有效解決。高強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)過程中容易出現(xiàn)各種微觀缺陷，進而降低整體產(chǎn)品的抗疲勞性能。根據(jù)相關(guān)研究顯示，對螺紋緊固構(gòu)件采用高強滾壓工藝處理，能夠提高整體產(chǎn)品的抗疲勞性能。由于高強螺紋滾壓工藝能夠提高抗疲勞性能極限效果高達百分之八十左右，因此，對高強螺紋滾壓工藝進行相關(guān)研究顯得尤為重要。

1 有限元高強螺紋滾壓工藝模擬

螺紋緊固構(gòu)件相對于實際生產(chǎn)的其它部件往往存在細小的特點，螺紋緊固構(gòu)件往往具備類似的界面輪廓的溝槽。對高強滾壓工藝下的螺紋緊固構(gòu)件進行有限元模型模擬分析計算，針對螺紋緊固構(gòu)件變形較小，對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)件有限元模擬的計算速度，需要對螺紋緊固構(gòu)件底部進行網(wǎng)格化細化。對于高強螺紋滾壓緊固構(gòu)件的試驗材料為A系列超高強度鋼材，為了保障模擬試驗計算材料特性的準確度，需要對螺紋緊固構(gòu)件試驗原材了進行拉伸試驗，以此獲取相應(yīng)的參數(shù)。同樣為了確保有限元模擬試驗過程的準確性和真實性，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行滾壓工藝處理，設(shè)定其摩擦系數(shù)為零點零五[1]。

2 試驗研究分析

2.1 有限元模擬與試驗分析

對有限元高強螺紋模擬的準確性運用加工硬化指標稀疏進行相關(guān)驗證，有限元高強螺紋模擬和試驗測試的相應(yīng)結(jié)果進行對比，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行線性分析。由相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析可知，在對螺紋緊固構(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，在進行滾壓工藝后的螺紋緊固構(gòu)件發(fā)生了明顯的加工強化現(xiàn)象，并且最大的硬化層深度高達六十五微米。同樣由于實際試驗的加工硬化結(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，由于深度的影響導致加工硬化逐漸降低。同樣根據(jù)試驗的滾壓加工數(shù)據(jù)顯示，在加工硬化深度達到六十微米，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)準確性[2]。

2.2 滾壓工藝參數(shù)優(yōu)化研究

在對滾壓緊固構(gòu)件螺紋進行滾壓工藝處理后，在螺紋底部的區(qū)域測得應(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二四毫米，殘余應(yīng)變力層不會隨著型面圓弧半徑的增加變化，當圓弧半徑大于零點二四毫米，殘余壓變力會隨著圓弧取值的增大而減小[3]。但是在抗疲勞性能設(shè)計需求上，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)在大于零點二四毫米。因此在滾輪圓弧半徑上應(yīng)選取零點二四到零點二五毫米之間6。

2.3 試驗抗疲勞性能分析

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)件進行試驗抗疲勞性能。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，在滾壓處理器螺紋試驗壽命大約在三萬次左右，而經(jīng)過滾壓工藝處理后的試驗構(gòu)件其平均使用次數(shù)提升了一點六倍，其使用次數(shù)高達五萬次左右，而進行憂患后的高強滾壓工藝處理后的螺紋使用次數(shù)可高達十二萬次，其整體使用壽命提高了四倍，因此通過試驗結(jié)果可以確保高強優(yōu)化滾壓參數(shù)具備實用性價值。利用有限元模擬來確保試驗參數(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二四毫米左右，保障有限元模擬滾壓參數(shù)的優(yōu)化試驗，為螺紋構(gòu)件的良性發(fā)展提供保障[4]。

3 結(jié)語

由此可見，在螺紋緊固構(gòu)件的生產(chǎn)中，運用高強滾壓工藝能夠提高整體的抗疲勞性能。同樣對高強螺紋滾壓工藝的有限元模擬進行試驗分析，可以有效證明采用優(yōu)化高強螺紋滾壓工藝能夠提高試驗螺紋緊固構(gòu)件的抗疲勞性能，其提高效果高達四倍，抗疲勞性能提升顯著，因此能夠證明有限元高強模擬螺紋滾壓工藝優(yōu)化的有效性。為高強螺紋滾壓工藝的運用和制造螺紋構(gòu)件行業(yè)的健康發(fā)展提供保障。