抗疲劳制造（提高金属疲劳寿命）核心工艺原理、优势及案例分析

更新时间：2024-04-20 11:36:46  作者: 振动时效设备

  提到抗疲劳制造，一般指的是制造业的金属零部件生产。抗疲劳首先必须要知道为什么会疲劳。金属零部件在制作的完整过程和长期使用的过程中，其内部会产生和积累大量残余应力。这些应力会造成金属内部晶格排列错位、拉伸甚至断裂，外在表现就是金属表面粗糙不平，易产生金属表面开裂、工件变形甚至整个部件断裂等等隐患。

  抗疲劳制造技术是我国的创新研究，抗疲劳制造以提高疲劳强度，延长疲劳寿命为重要指标，遵从“无应力集中”的抗疲劳概念，通过化学、物理、机械等方式，控制工件表面完整性，最终得到无应力集中的长寿命结构件。随工业4.0的推荐，中国制造2025计划的提出，抗疲劳制造在机械加工领域成为越来越热门的话题。制造业的发展大体经历了几个阶段。比如国内以前的制造业主要是成形制造为主，属于传统制造业。西方后来提出了表面完整性制造，将工件的疲劳寿命提高了10倍以上。发展到今天，国内倡导的抗疲劳制造慢慢的变成了超越西方制造业的先进理念，工件的疲劳寿命将实现百倍提高。

  面对激烈的市场之间的竞争，世界存量竞争将越来越白热化。我国制造业面临严峻的挑战。高品质的装备要求零部件成品质量要超越完美，高光洁度，高强度，耐磨耐腐蚀等等。而目前我国大部分制造业仍处于成形制造阶段，极度影响成品质量和生产效率，阻碍了自身发展。豪克能镜面加工及表面强化工艺是目前抗疲劳制造的核心技术，凭一己之力，它实现了我们国家金属加工领域对西方发达国家表面完整性制造的弯道超车。

  二、豪克能实现抗疲劳制造的原理豪克能在有详细的介绍，这里简单阐述一下其工艺原理。豪克能是利用金属冷塑性原理，采用复合能量，针对金属表明上进行每秒三万次以上的高频率冲击。这种冲击消除了一定的拉应力，同时预置可控的压应力，金属表层会形成塑性流变组织，晶粒细化形成致密的纳米层。以此来实现了高强度、高硬度、高延展性和韧性，以及优良的耐磨耐腐蚀。豪克能影响工件疲劳寿命的因素包含：1、实现镜面加工，大幅度减少应力集中系数及缺口效应。金属工件加工后的表面缺陷是产生应力集中的重要的因素。表面缺陷形成后，应力会慢慢的集中，形成疲劳源。而针对金属表明上进行镜面加工，疲劳寿命和强度是随着表面粗糙度的下降而增加的。

  豪克能的高频冲击和能量输出都是可以精确控制的。通过这一种精确控制，能轻松实现拉应力的最大化消除，同时预置可控的高值压应力。压应力属于良性压力，可以轻松又有效提升金属表面的硬度、耐磨耐腐蚀度，从而提升整体的疲劳寿命。三、抗疲劳制造工艺案例分析本文将以几个案例来分析豪克能抗疲劳制造的机理、优势。1.车辆平衡肘抗疲劳制造平衡肘是连接负重轮和弹性元件的行动装置部件。由于平衡肘的台阶构造，在制造并进行表面抛光镜面加工时，很难达到满意的光洁度，并且易产生应力集中问题，削弱了平衡肘的强度,降低了承载能力。应力集中处往往是构件破坏的起始点,应力集中是引起构件破坏的重要的因素。应力集中现象都会存在于各种构件中,大部分构件的破坏事故是由应力集中引起的。因此,为了确认和保证构件的安全使用,提升产品的质量和经济的效果与利益,必须科学地处理构件的应力集中问题。

  豪克能镜面加工钛合金车辆平衡肘的轴承位及密封位，相比精车后表面粗糙度Ra1.6，豪克能加工后可达Ra0.2，替代原先的磨削及抛光，效率提高两倍以上，豪克能不仅可轻轻松松实现金属镜面加工，还能轻松实现表面强化，粗糙度提高3级，硬度提高15%，密封性和耐磨性能提高1倍以上，极大的提升了平衡肘的抗疲劳性能，延长了使用寿命。

  2.车轴抱轴瓦位镜面加工及表面强化抗疲劳制造机车在整备状态及运行过程中，由于机车自身的重量，车轴其实就是弯曲的，实测的轮对内侧与母线为直线的抱轴瓦孔相配合时结合面积相当小，造成局部的应力集中，加上机车速度变化，线路不平，弯道及主动齿轮与从动齿轮冲击的影响，抱轴瓦的工作条件是相当恶劣的。使用豪克能镜面加工设施，针对机车车轴的轴瓦位置做表面镜面加工及强化处理，可以大幅度提高轴瓦强度，延长车轴寿命。以下是为客户处理机车车轴抱轴瓦位置的案例：

  合金钢材质的机车车轴 ，使用豪克能针对轴瓦区进行抛光和强化，代替滚压和抛光，环保高效，加工效率提高2倍以上。

  豪克能镜面加工可以使车轴表面粗糙度提高3级、硬度提高10%，耐磨性能提高1倍以上，极大的提升车轴的疲劳寿命。

  3. 液压油缸抗疲劳制造液压油缸对于液压机械来说是很重要的一个部件，液压油缸是把液压能转换成机械能。最常见的失效方式是拉伤。油缸内孔的光洁度要求很高，一般是Ra0.2，传统加工方式是上磨床提升内孔的表面光洁度。采用豪克能抗疲劳制造工艺替代传统磨削工艺，具有以下优势：

  1）豪克能在其原有的粗糙度基础上提高2-3个等级，以此来实现油缸表面上的质量的大幅度提升，减小工件的摩擦阻力，Ra可达0.2左右。2）油缸通过豪克能的加工同时实现冷、热两种加工领域的加工效果，油缸的材料性能获得强化，表面硬度提高20%，耐磨性提高50%以上。3）高效，环保。豪克能是直接复合在客户机床上的，车完的工件无需二次装夹，可立即进行金属表面加工工序，而且工艺流程中不去除工件本身材料，不产生粉尘，环保洁净。

  豪克能抗疲劳制造可以极大提升油缸品质。经过加工，油缸表面上的质量提高，摩擦阻力减小，保证了密封性能，延长了油缸的疲劳寿命；硬度提高10%-20%，耐磨性、耐腐蚀和抗老化性能提高50%。豪克能工艺一次装夹，生产效率提高80%以上。内孔表面粗糙度Ra0.2。

  近年来，受益于新能源市场的火爆，带动锂电池市场发展，从而催生电解铜箔需求量生产逐步扩大。铜箔的厚度及表面上的质量决定了铜箔的等级及用途。而阴极辊是制箔工序最关键的部件，阴极辊的表面上的质量直接决定铜箔的质量。所以该行业对阴极辊的性能有较高的要求：

  • 严格的圆柱度；• 高光洁度，高平整度。表面粗糙度小于Ra0.3um；• 表面晶粒度等级高，微观组织细腻；• 刚性好，尺寸稳定性高；• 抵抗腐蚀能力好；• 动平衡性好；

  针对阴极辊的加工要求和工艺特点，华云豪克能能够给大家提供完整的解决方案，通过消除应力、镜面加工及表面强化，全方面提升阴极辊表面质量。

  振动时效方便高效，环保节能，消除及均化残余应力效果好，远胜热时效及自然时效等方式。推荐华云科技的 频谱谐波振动时效，华云HK3010全自动频谱振动时效，多种振型，不同振型对应不一样的区域，工件多个区域均得到一定效果振动，因此应力消除和均化效果更好。

  阴极辊的传统加工工艺：粗车-- 精车-- 水磨（2-3次）-- 精磨（抛光）

  豪克能镜面加工工艺：粗车-- 精车-- 水磨（2次）-- 豪克能镜面加工，此时已能达到客户要求，后续抛光工艺可有可无。

  综合振动时效去应力及豪克能镜面加工后的优势：• 阴极辊获得圆柱度稳定性保证。通过振动时效消除残余应力和豪克能镜面强化改变阴极辊表面残余应力状况，使之更稳定不变形。• 粗糙度轻松达到Ra0.2以下，简化了加工工艺。• 豪克能表面强化改变了阴极辊表面晶粒状况，微观组织更细腻，生产出的铜箔质量更好。• 同时提高了阴极辊的疲劳寿命及耐侵蚀的能力，增加常规使用的寿命。