精密滚珠丝杠副GCr15钢螺母的失效分析.pdf

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1、第３９卷第４期Ｖｏｌ畅３９Ｎｏ畅４２０１４年４月ＨＥＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴＯＦＭＥＴＡＬＳＡｐｒｉｌ２０１４精密滚珠丝杠副GCr15钢螺母的失效分析１１２２１盖玉洪，丁霞，李保民，杜伟，李木森（１．山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，山东济南２５００６１；２．山东博特精工股份有限公司，山东济宁２７２０７１）摘要：通过宏观形貌观察、扫描电镜、能谱分析和显微组织分析等手段对精密滚珠丝杠副疲劳寿命试验后的ＧＣｒ１５钢Ａ、Ｂ螺母进行了失效分析。结果表明，ＧＣｒ１５钢Ａ、Ｂ螺母的主要失效形式是接触疲劳破坏，但Ｂ螺母比Ａ螺母的失效程度

2、严重，这与Ｂ螺母中Ｃｒ、Ｃ成分不均匀导致的碳化物聚集和因铸造凝固缩孔形成的疏松与非金属夹杂有关。关键词：精密滚珠丝杠副；螺母；失效分析；接触疲劳破坏；碳化物聚集中图分类号：TG162．7文献标志码：A文章编号：0254-6051（2014）04-0135-03FailureanalysisonGCr15steelnutsofprecisionballscrewpair１１２２１ＧａｉＹｕｈｏｎｇ，ＤｉｎｇＸｉａ，ＬｉＢａｏｍｉｎ，ＤｕＷｅｉ，ＬｉＭｕｓｅｎ（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｆｏｒ

3、Ｌｉｑｕｉｄ-ＳｏｌｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉ摧ｎａｎＳｈａｎｄｏｎｇ２５００６１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｄｏｎｇＢｅｓｔＰｒｅｃｉｓｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＪｉｎｉｎｇＳｈａｎｄｏｎｇ２７２０７１，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＦａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆＡａｎｄＢｎｕｔｓｍａｄｅｏｆＧＣｒ１５ｓｔｅｅｌａｆｔｅｒｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｔｅｓｔｏｆｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｂａｌｌｓｃｒｅｗｐａｉｒｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅ

4、ｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｅｔｃ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＧＣｒ１５ｓｔｅｅｌＡａｎｄＢｎｕｔｓｉｓｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｗｅａｒｄａｍａｇｅｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＢｎｕｔｉｓｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓｔｈａｎｔｈ

5、ａｔｏｆＡｏｎｅｄｕｅｔｏｔｈｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｉｄｅｓｒｅｓｕｌｔｉｎｇｆｒｏｍｉｔｓｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＣｒａｎｄＣ，ｌｏｏｓｅａｒｅａａｎｄｎｏｎ-ｍｅｔａｌｌｉｃｉｎｃｌｕｓｉｏｎｆｏｒｍｅｄｂｙｃａｓｔｉｎｇｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Keywords：ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｂａｌｌｓｃｒｅｗｐａｉｒ；ｎｕｔ；ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ；ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｉｄｅｓ精密滚珠丝杠副是数控机床及各种机电一体化产耳断

6、裂，钢球脱落，停止试验。经拆开检查发现，丝杠品中不可缺少的精密定位与传动部件，主要由滚珠丝未损坏，因加载方式为单向加载，螺母单侧滚道磨损严杠、螺母、滚珠、反向器组成，具有高效率、高精度、高刚重。螺母的热处理工艺采用多用炉进行光亮淬火。螺［１］度等优点。它运用丝杠与螺母间的滚珠滚动来实母为双螺母，分为Ａ、Ｂ螺母。现传递动力和运动转换。在运动转换过程中，螺母和用超声波清洗Ａ、Ｂ螺母，用相机拍摄其磨损区的丝杠的螺纹滚道承受着滚珠滚动连续高频的压应力和宏观形貌并分析其特征。用ＤＫ７７３０电火花数控线切摩擦力，将导致温度升高。如果载荷过大或不均

7、匀，可割机床从ＧＣｒ１５钢Ａ、Ｂ螺母上各切取一块典型区域，［２-３］能导致疲劳磨损、断裂、蠕变、热变形等。在滚珠用ＪＥＯＬＪＳＭ-６６１０ＬＶ型扫描电镜和能谱仪观察和分丝杠副疲劳试验中，因螺母的早期失效而导致丝杠使析Ａ、Ｂ螺母磨损区的微观形貌特征。最后，将所切试用寿命明显缩短已成为影响滚珠丝杠副可靠性的重要样进行镶嵌、打磨，用金相砂纸磨制并抛光，３％硝酸酒因素。本文对疲劳试验后失效的ＧＣｒ１５钢螺母进行精腐蚀后，用ＮＩＫＯＮ-ＥＰＩＰＨＯＴ３００型金相显微镜观察了分析，以期为提高滚珠丝杠副疲劳寿命提供依据。和分析样品的显微组织特征。１

8、试验材料和方法２试验结果和分析在动载荷测量仪上对国产ＣｒＭｏ钢滚珠丝杠副以2．1宏观形貌观察２４０ｍｍ的行程和１．８ｍ／ｍｉｎ的移动速度进行疲劳寿由宏观形貌观察可见，ＧＣｒ１５钢Ａ、Ｂ螺母凹槽部命试验，总计运行１２７０ｍ