方差来源 平方和 自由度 均方和
F值
X1
311250
1
311250 014802
X2
252015000 1 252015000 38713436
X3
66611250 1 66611250 10213683
因素及代码
水平 (编码)
-1
0
1
滚压速度 X1 (m/ min)
23175 32124 40172
滚压力 X2 (N)
392170 785140 1178110
滚压次数 X3 (次)
1
2
3
表 3 试验阵列及结果
滚压速度 滚压力 滚压次数 表面粗糙度 显微硬度
No .
X1 (m/ min) X2 (N)
3 国家自然科学基金资助项目 (项目编号 :50075026) 广东省自然科学基金资助项目 (项目编号 :06025669)
收稿日期 :2006 年 6 月
2 试验设计
(1) 试件材料
等效抗弯强度增大 ;覆层受压时 ,该材料首先在覆层 部分的最大压应力位置失效 ,而不是在基体的最大 拉应力位置失效 。
2
01176
289
14 32124 785140
2
01163
293
15 32124 785140
2
01134
294
Hale Waihona Puke 16 32124 785140
2
01221
296
17 32124 785140
2
01183
294
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2007 年第 41 卷 №2
27
高强度耐磨铝青铜材料的滚压性能研究 3
张 田 夏 伟 李风雷 周照耀 李元元
华南理工大学
摘 要 :在自行研制的气动滚压装置上 ,应用响应曲面法中的 Box2Bahnken 试验设计对高强度耐磨铝青铜材料 的滚压性能进行了研究 ,分别建立了表面粗糙度 、显微硬度与滚压参数 (滚压力 、滚压速度和滚压次数) 的数学模 型 ,分析了各参数对表面粗糙度和显微硬度的影响 。试验结果表明 :该滚压装置能使铝青铜工件的表面质量由加 工前的 Ra2102μm、HV201 达到 Ra ≤0112μm、HV330 以上 。最后根据试验结果对滚压参数进行了优化 。
青铜 (代号 KK) 是一种新型铝青铜合金材料 ,具有高 强 、减摩 、耐磨的显微组织 ,其各项力学和摩擦磨损 性能明显优于其它同类合金[5] ,可用于制造要求高 强度 (σb ≥550N/ mm2) 、高比压 ( P ≥30MPa) 、中速 ( V ≤10m/ s) 、中温 ( T ≤400 ℃) 的机械 、冶金 、轻工 、矿 山 、运输等设备 (尤其是某些进口先进设备) 上的耐 磨零件 。本文利用自行研制的气动滚压装置 ,研究 了高强度耐磨铝青铜材料的滚压加工性能 ,探讨了 这种材料的滚压加工机理及滚压参数对表面粗糙度 和表面硬度的影响 ,以便为正确制定滚压加工工艺 提供参考依据 。
Keywords :burnishing , aluminum2bronze alloy , response surface method , surface roughness , micro2hardness
1 引言
滚压加工是一种利用表面光滑的高硬度滚球 (或滚轮) 滚压工件材料粗糙表面 ,使材料表面的凸 峰产生塑性流动并填补到凹谷中 ,从而改变工件表 面质量状况的精密加工方法 。随着工业生产对高精 度 、高表面质量机械零件的需求增长 ,零件表面的终 加工变得越来越重要 。滚压加工作为一种重要的光 整加工工艺 ,日益引起人们重视 。迄今为止 ,人们研 究的滚压加工材料种类还十分有限 ,大多局限于普 通钢铁 、铜 、铝合金等常用材料[1～4] 。高强度耐磨铝
7 23175 785140
3
01117
305
8 40172 785140
3
01114
310
9 32124 392170
1
01673
281
10 32124 1178110
1
01322
310
11 32124 392170
3
01115
289
12 32124 1178110
3
01180
336
13 32124 785140
1
010158 816272
011950
1
011950 10617913
010005
1
010005 012772
010033
1
010033 118107
010433
1
010433 2316934
010130
1
010130 711155
010661
1
010661 3612026
010020
1
010020 110958
010088
3
010029 219218
013515
9
010391 2113886
010128
7
010018
-
013643 16
-
-
显著性 010918 010218 < 010001 016148 012204 010018 010321 010005 013300 011636 010003
-
表 5 显微硬度方差分析表
(4) 对于本文研究的硬质覆层材料 ,在覆层受压 服役条件下进行零件设计时 ,应以覆层部分材料的抗 压强度而不是基体材料的抗拉强度作为设计准则 。
参考文献
1 周建强. 陶瓷 —硬质合金复合刀片的研制及其破损理论 研究. 山东工业大学博士学位论文 , 1998
2 赵 军. 新型梯度功能陶瓷刀具材料的设计制造及其切
关键词 :滚压 , 铝青铜 , 响应曲面法 , 表面粗糙度 , 显微硬度
Investigation on Burnishing Performance of Aluminum2bronze Alloy
Zhang Tian Xia Wei Li Fenglei et al
Abstract : With the air2powered burnishing equipment developed by ourselves , an investigation on the surface roughness and micro2hardness of a burnished aluminum2bronze alloy was conducted. Based on Response Surface Method (RSM) , a Box2Behnken design of the process parameters including burnishing force , burnishing speed and number of passes was used , and a second2order regressive mathematical model was established. Meanwhile , the influence of process parameters on surface roughness and micro2 hardness were discussed respectively. Experimental results show that , from an initial Ra2102μm , HV201 , the specimen can be finished to Ra ≤0112μm , HV330. Furthermore , the optimum process parameters were obtained.
性能数据手册. 北京 : 机械工业出版社 , 1995 6 刘福田. 金属陶瓷覆层材料及其耐磨损与耐腐蚀性能研
究. 山东大学博士学位论文 , 2003 第一作者 :杨俊茹 ,山东科技大学机械电子工程学院机
械制造系 ,266510 山东省青岛市
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11 空压机 21 手动换向阀 31 带过滤器和压力表的调压器 41 气缸 51 滚压头
图 2 气动式滚压装置工作原理图
11 滚球 21 球套 31 对顶螺母 41 球垫 51 套筒 61 活塞 71 气缸体
图 3 滚压头结构设计示意图
图 4 试验装置实物照片
表 2 响应曲面设计的因素和水平
2007 年第 41 卷 №2
29
3 试验结果及分析
311 试验结果 试验结果如表 3 所示 。由表 3 可知 ,试件表面 粗糙度由加工前的 Ra2102μm 降低到 Ra014μm 以 下 ,表面硬度由 HV201 增加到 HV287 以上 ,说明采 用滚压加工能显著改善铝青铜合金的表面质量 。
通过合理选择工艺参数 ,表面粗糙度能够降低 到 Ra0112μm 以下 , 显微硬度可达到 HV325 以上 。 由于滚压加工导致的表面硬度增加和表面残余压应
力的存在可以增强表面耐磨性和整个工件的疲劳强
度 ,因此滚压加工与磨削和研磨加工相比在工艺性 能上更具优势 。
312 方差分析与数学模型的建立 为了进一步研究各工艺参数对表面粗糙度和显
削性能研究. 山东工业大学博士学位论文 , 1998 3 刘洪文主编. 材料力学 (第二版) (上册) . 北京 : 高等教