面向再制造的大过盈配合拆解损伤机理的理论与实验研究

Large interference fit is a kind of common used important fit type which is difficult to disassemble non-destructively. In remanufacturing process, the assemblies with large interference fit often cannot be remanufactured because of the damage from disassembly. So, the disassembly damage mechanism study has important theoretical significance and application value, which attracts not enough attention at present..This project will study the disassembly damage mechanism of large interference fit for remanufacturing engineering. The three damage types, such as interface damage, geometric accuracy damage and material characteristics damage, will be considered. The model of disassembly interface damage will be established from the quantitative description between the disassembly damage factors and interface damage. And the model of geometric accuracy and material characteristics damage will be built after the action rule is uncovered between the disassembly process and the remanufacturing object’s stress equilibrium state. Then a disassembly process design principle with low instability stress and a prediction mechanism of disassembly damage will be established. During the research work, the disassembly damage experiments are designed to simulate the damage evolution process of assemblies’ interface, geometry and material properties under the action of disassembly process. The research results can provide theoretical guidance for disassembly process of remanufacturing object with large interference fit, which also has great significance to reduce remanufacturing cost and improve products’ quality.

大过盈配合是一种工程中普遍存在又难以进行非破坏性拆解的重要配合类型，大过盈配合件也是再制造的重要零件，由拆解造成的损伤，常常造成零件的无法再制造。研究拆解损伤机理，建立损伤模型，对损伤进行定量化描述是目前没有引起高度重视，又具有重要理论意义和应用价值的科学问题。.本项目对需要再制造的大过盈配合拆解损伤机理进行理论和实验研究，针对界面、几何精度和材料特性损伤，在拆解损伤因素与界面损伤间进行定量化描述，建立拆解界面损伤模型；探讨拆解对再制造对象应力平衡状态的作用规律，建立拆解几何精度与材料特性损伤模型；制定应力低失稳工艺设计原则与拆解损伤预判机制；设计并建立拆解损伤实验方法与装备，模拟配合件界面情况、几何形态与材料特性在拆解工艺作用下的损伤演化过程，使拆解损伤的动态监测与数据积累成为可能。项目的研究成果可为再制造对象的大过盈拆解工艺设计提供理论指导，降低再制造工艺要求与经济成本，提高产品质量。

过盈配合因结构简单、可传递较大载荷，广泛应用于机械设备。但在再制造拆解环节易造成拆解界面损伤与配合件的几何变形。为此，本项目针对再制造大过盈配合的拆解损伤问题展开理论和实验研究，力求在损伤影响因素和损伤程度间建立有机联系，为低损拆解工艺的拟定提供理论指导。.在界面拆解损伤方面，以过盈配合零件拆解前/中/后的受力与变形分析结果为依据，设计了过盈配合拆解试验台；通过系列拆解损伤实验，发现拆解界面损伤本质上是一种双粗糙表面单向单次滑动造成的干摩擦损伤，研究了等效接触应力、表面加工纹理、材料配对、表面隔离膜等因素对拆解界面损伤的影响机理，建立了拆解界面损伤模型。以低强度KMN - 40CrNiMo7材料配对为例，若拆解过程中接触应力控制在150MPa以下，且在属于非配合区的拆解滑移区域做涂油隔离处理，界面峰谷最大高度差将控制在25μm左右，即可实现界面无损拆解。.因界面加工纹理对损伤有明显影响，为此将织构引入配合表面。发现织构能有效降低拆解滑移表面上的游离磨粒数量，从而可大幅降低拆解界面损伤，其中直径100μm，面密度25%的圆形凹坑型织构的减损效果较为优异；对抛光去除激光加工熔融区凸起物后的织构试样进行承载力实验，发现在接触压力50-200MPa范围内，静摩擦系数较无织构表面提高了0.1左右，提高幅度接近40%，对应的承载能力也得到同步提升。这一发现可为减少设计过盈量、降低装配和拆解难度、提高承载能力提供一条崭新的解决思路。.在拆解变形与温差拆解工艺方面，以大过盈连接的长输管线叶轮和主轴为对象，分析了氧乙炔焰加热温差拆解过程中的传热机理，确定了温度场计算所需的边界参数，建立了温差拆解的松动量模型；分析了变形影响因素，加热不均匀程度、过盈量、加热温度、热膨胀系数、加热时间、旋转速度等，对变形量的作用规律；综合松动量最大与变形量最小两项需求，确定最优的拆解工艺为：将叶轮轴盘及流道预热到300℃后，再用氧乙炔中性焰以500℃的等效温度对叶轮轮毂进行匀速旋转加热，1400s后施力进行拆解。