滚轮是保障船用柴油机配气机构正常运行的关键零部之一,大型船用柴油机由于工况恶劣和润滑困难,多选用GCr15轴承钢材料经粗加工→热处理→磨削→浸渍处理等工艺过程生产制造。由于热处理后的GCr15轴承钢具有强度与硬度较高、塑性与韧性较差的特点,在后续加工中容易出现微裂纹,既耽误生产、又浪费资源,严重的会造成重大经济损失。因此分析滚轮加工中出现的裂纹的失效机制,对产生较大残余应力的磨削工艺进行低应力工艺优化,使得工艺编制人员编制滚轮磨削工艺参数时有章可循、减小滚轮裂纹的产生概率,对提高船舶柴油机配气机构安全运行具有重要意义。本文主要研究内容如下:(1)以某一型号船舶柴油机滚轮为例,通过其滚轮端面裂纹失效处元素含量测定、金相组织观测、显微硬度测量分析等手段,分析滚轮失效机制。结果表明,在滚轮生产周期缩短的加工过程中,滚轮热处理残余应力和磨削工艺残余应力未充分释放,而是产生叠加,在浸渍处理时发生应力腐蚀引起裂纹。(2)针对热处理工艺,采用SYSWELD有限元软件进行残余应力仿真分析,得到无材料缺陷滚轮热处理后残余应力分布图;研究磨削加工工艺,采用ANSYS有限元软件对滚轮进行温度和残余应力仿真,得到磨削温度分布状态及磨削残余应力随磨削工艺参数的变化趋势;采用Deform软件进行单粒磨削仿真,得到磨削温度、磨削力随磨削负前角变化趋势,从而为低应力磨削工艺优化提供理论基础。(3)采用不同的磨削工艺对试样进行磨削加工,对磨削后试样采用共聚焦扫描显微镜、粗糙度测量仪进行表面形貌观测和表面粗糙度测量,结果表明磨削深度对表面塑性变形、磨削未断屑塑性堆积、磨削表面粗糙度影响最大,其次是砂轮线速度,为磨削工艺优化提供指导。(4)在热处理、磨削仿真分析和磨削表面形貌观测、粗糙度测量的基础上,进行磨削工艺优化,并对采用优化后磨削工艺加工的试样进行金相组织观测、显微硬度和表面粗糙的测量及表面形貌观测,验证了优化后磨削工艺的可行性。