抗疲劳制造技术的发展及其在高端轴承制造中的应用

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1、抗疲劳制造技术的发展及其在高端轴承制造中的应用*毕超，刘棉，杜海涛，杨辉(北京航空精密机械研究所精密制造技术航空科技重点实验室，北京100076)[摘要】抗疲劳制造技术与长寿命关键结构件是航空工业的核心竞争力，是航空制造业中首先要解决的关键问题。本文首先介绍了金属的疲劳破坏机理，然后阐述了抗疲劳制造技术的理念、发展概况及其所包含的关键技术，最后详细探讨了以超声振动复合强化为代表的抗疲劳制造技术在延长航空领域高端轴承钢球疲劳寿命中的应用。[关键词】疲劳破坏；抗疲劳制造；轴承[中图分类号】V231．91【文献标识码】A[文章编号】1003

2、—5451(2017)01—0001—06DevelopmentofAnti-fatigueManufacturingTechnologyandItsApplicationinAdvancedBearingsBIChao，LIUYi，DUHai—tao，etal(KeyLaboratoryofScienceandTechnologyonPrecisionManufacturingTechnology,BeijingPrecisionEngineeringInstituteforAircraftIndustry,Beijing10007

3、6)≯【Abstract】Asthecorecompetitivenessofaviationindustry,anti—fatiguemanufacturingtechnologyandlong-timekeystructuresarethecriticalproblemstobesolvedintheaviationmanufacturingfield．Firstly,theprincipleofmetallicfatiguefailureisdescribedinthepaper．Andthen，theideas，develop

4、mentsituationandkeytechnologiesofanti—fatiguemanufacturingarediscussed．Finally,theapplicationofanti-fatiguetechnologyrepresentedbytheultrasound-vibrationcompoundenhancementinprolongingthe1ifeofadvancedbearingsinaviationfieldisstudiedindetail．【Keywords】fatiguefailure；ant

5、i—fatiguemanufacturing；bearing进人21世纪以来，随着科学技术的不断进步，世界航空工业进入了蓬勃发展的全新时代。航空工业作为国家的战略性高新技术产业，属于技术密集型产业，在军事和经济上都具有非常重要的地位和作用，其发展水平直接关系到国民经济和国家安全。近年来，我国航空产业实现了跨越式发展，整体水平逐步提高，正在向建设新型航空工业、赶超世界先进水平的发展道路迈进。然而，与美、英等航空强国相比，我国在航空关键结构件的先进制造技术方面尚有一定差距，这严重制约了我国航空工业的进一步发展，也与我国的国际地位不相适应。

6、在航空领域中，高端轴承等关键结构件是飞机、航术基金项目：国家重点基础研究发展计划重点项目(K0913／10061)作者简介：毕超(1987一)，男，硕士，高级工程师，主要从事精密测试技术及仪器方面的研究。抗疲劳制造技术的发展及其在高端轴承制造中的应用空发动机的核心和基础，对于飞行的可靠性和安全性等有着至关重要的影响。在它们的工作过程中，疲劳破坏是威胁其安全服役的最大失效模式，这也成为制约我国飞机和发动机寿命的主要原因。据统计，在航空关键结构件的失效中，疲劳失效占到了80％以上，特别是叶片、轴承、齿轮、盘轴类零件、起落架和对接螺栓等关键

7、部件。因此，抗疲劳制造技术与长寿命关键结构件成为了航空工业的核心竞争力，特别是我国“大飞机”制造项目开展以来，抗疲劳制造技术更是成为了航空制造业中首先要解决的关键问题。1金属的疲劳破坏机理国际标准化组织在《金属疲劳试验的一般原理》中将“疲劳”描述为金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化⋯。具体说来，疲劳破坏是机械结构件的高应力集中区域内的较弱晶粒，在交变应力／应变的作用下经过一定的循环次数后形成微观裂纹(如图1所示)，然后发展成宏观裂纹(如图2所示)并继续扩展，最终导致材料断裂的过程【2】。矧l微观裂纹图2宏观裂纹一切由变化

8、载荷引起的突然破坏都属于疲劳破坏，其特点为：①零件处于循环应力或循环应变的作用下；②必须经历一定的载荷循环次数；③零件在整个疲劳过程中不发生宏观塑性变形，其断裂方式类似于脆性断裂；④疲劳断口可明显分为粗粒和光滑两个区域吲