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访谈
第 13 卷 - 2025 年 3 月刊
提高轴的耐久性
Dr.-Ing. Oliver Maiß，ECOROLL AG Werkzeugtechnik研发与市场营销负责人
机械表面处理–深滚压工艺
EG45单滚轮机械工具–圆角深滚压
ECOsense系统集成到机床控制系统
MFN采访了德国ECOROLL AG Werkzeugtechnik公司的研发与市场营销负责人Dr.-Ing. Oliver Maiß。
(?)MFN：欢迎您，Maiß先生。感谢您今天与我们讨论如何通过深滚压工艺提高轴的使用寿命。您能先向我们介绍一下什么是深滚压，以及它为什么重要吗？
(!)O.M.：感谢邀请。深滚压是一种高效工艺，可增强机械受力部件的疲劳强度。该工艺相对简单，可以在任何车床或铣床上执行。它的原理是通过抛光表面以降低粗糙度，并选择性地强化表层材料，即表面下方的材料区域。
(?)MFN：这听起来很有趣。深滚压对材料的主要影响是什么？
(!)O.M.：主要影响包括通过塑性变形消除表面粗糙度峰值，从而降低粗糙度、增加位错密度、引发加工硬化，并在材料表层引入残余压应力。这些残余压应力特别有利，因为它们可以在动态载荷作用下显著提高疲劳强度，防止或减缓裂纹的形成。
(?)MFN：深滚压在哪些部位影响最大？
(!)O.M.：从力学角度来看，该工艺对轴或类似轴状部件的缺口和过渡圆角影响最大，因为这些部位承受的机械应力最高。因此，深滚压特别适用于这些区域。
(?)MFN：您能详细说明缺口应力如何影响轴的使用寿命吗？
(!)O.M.：轴通常承受各种类型的载荷，例如拉伸、压缩、扭转和弯曲载荷。应力最高的部位通常是不同轴径之间的过渡区域或法兰过渡区域。例如，在一个受弯曲载荷作用的简化轮毂支架模型中，最大应力位于过渡区域，这也是最可能发生失效的地方。通过在这些关键部位应用深滚压，可以显著延长轴的使用寿命。
(?)MFN：这非常有启发性。您能分享一些具体的研究成果，来证明深滚压的优势吗？
(!)O.M.：当然。在2024年VDI会议“轴和轴-轮毂连接”上，Stefanie Günther展示了详细的研究数据，表明通过有针对性的深滚压，负载能力可提高高达93%。这清楚地证明了该工艺的巨大优势。
(?)MFN：深滚压的具体工作原理是什么？
(!)O.M.：深滚压的原理是将滚压体压在工件表面，然后在表面滚动，从而对表层及其下方材料产生塑性变形。该工艺的关键参数包括滚轮的几何形状、进给速率，尤其是滚压力，它决定了引入的残余压应力水平。
(?)MFN：在选择工具和优化工艺以最大限度提高强度时，需要考虑哪些因素？
(!)O.M.：深滚压有多种不同几何形状的滚压工具可供选择，必须根据具体加工任务匹配合适的工具。例如，这张图中显示的滚轮不适用于加工圆角或其他自由曲面，但非常适合用于抛光圆柱形内表面或外表面，并且能够在极高的进给速率下工作。
(?)MFN：有没有专门用于深滚压圆角的工具？
(!)O.M.：有，单滚轮机械工具特别适用于深滚压圆角。例如，EG45型工具配备40M滚轮，滚轮是直接支撑的，能够承受轴向和径向载荷。通过将滚轮定位在45°角，它可以在90°的范围内进行加工，非常适合轴的圆角加工。
(?)MFN：工具设计如何影响滚压过程中的滚压力？
(!)O.M.：滚压力通过弹簧元件施加，这些弹簧元件只能向一个方向偏转，例如在这里是沿着滚轮轴线的45°方向。因此，在编程工艺时必须考虑这一点。对于圆柱形表面，在45°角度时，实际滚压力等于弹簧力，这可以在压力表上显示。如果在整个圆角区域施加恒定的滚压力，显示的弹簧力会发生变化。因此，如果程序仅依据压力表上的数值设定滚压力，就会产生错误。
(?)MFN：这是一个关键的细节。在实际应用中，理解并考虑这种关系有多重要？
(!)O.M.：在需要精确控制滚压力的应用中，理解这一关系至关重要。然而，在许多情况下，对于用户而言，编程工作可能过于复杂，此时，在整个圆角区域保持恒定进给速度已经足够。因此，该关系的重要性需要根据具体应用进行评估。
(?)MFN：我们知道，在工艺完成后测量残余应力存在一定困难。深滚压相比喷丸工艺更加可控。是否有方法可以控制残余应力？
(!)O.M.：是的，您说得对。在深滚压过程中，滚压力是影响残余压应力的最主要参数。我们开发的新技术ECOsense可以测量并存储每个加工过程的滚压力。而且，自2024年起，我们可以通过网关将ECOsense连接到机床控制系统，实现数据集成。
(?)MFN：这真是个好消息。这项技术仅适用于机械工具，还是也能用于ECOROLL的液压工具？
(!)O.M.：当然可以。我们前年在EMO 2023上展示了一个新型液压单元。去年在AMB 2024上，我们展示了ECOsense软件与ECOforce液压单元的结合。因此，客户现在也可以在液压工具上享受到相同的优势。
(?)MFN：感谢您提供如此详细的见解，Maiß先生。可以看出，深滚压是一种非常有价值的工艺，有助于提高轴的耐久性。您还有什么想要补充的吗？
(!)O.M.：用户应该根据自身的应用需求仔细考虑，并优化深滚压工艺。采用正确的方法，可以显著延长部件的使用寿命。
(?)MFN：再次感谢您的时间和专业见解，Maiß先生。这次讨论非常具有启发性。
MFN感谢Oliver Maiß先生接受此次采访！
ECOROLL AG Werkzeugtechnik
H.-H.-Warnke-Str. 8,
29227 Celle, Germany
电话：+49.5141.9865-0
邮箱：oliver.maiss@ecoroll.de
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