随着社会发展和科技进步,对机械装备的工作性能、可靠性、使用寿命的要求越来越高,因此,如何改善机械装备中零部件的力学性能,提高整机的使用性能,已成为机械工程研究领域的一项重要课题。表面滚压强化是一种通过机械加工的方式实现零部件表面强化的加工工艺,可使零部件表面产生残余压应力,降低表面粗糙度,提高表面硬度,提高耐磨性和耐腐蚀性等,有效延长零部件的使用寿命。本文自主研制了基于C616车床的轴类零件表面滚压强化装置,该装置安装于车床大托板上,包括液压系统和机械部分;工作过程中由液压系统提供所需的滚压力,由C616车床提供滚轮与试件之间的相互运动。该装置为对称结构,两个对称滚轮作用在试件上的滚压力径向合力为零,避免了滚压力对车床主轴的影响。通过对Cr12试件的表面滚压强化试验,研究了滚压参数对表面残余应力、显微硬度、表面粗糙度和耐磨性的影响规律。Cr12试件经过滚压加工后,表面残余应力由52MPa的残余拉应力转变为-47 MPa至-216 MPa不等的残余压应力,随着接触应力和滚压道次的增加,残余压应力呈现出先增大后保持稳定的变化趋势,并且随着深度的增加,残余压应力呈现出先增大后减小变化趋势,最大残余压应力出现在距表面0.05 mm左右,残余压应力影响深度在0.2 mm左右。经过滚压加工后,试件表面显微硬度明显提高,最大显微硬度达到360 HV_0.2,增幅达到30%以上,随着接触应力的增加,显微硬度呈现出先增大后保持稳定的变化趋势。表面滚压强化可有效改变试件表面形貌,表面粗糙度可降低25%-67%,在本文所涉及的滚压参数内,随着接触应力和滚压道次的增大,表面粗糙度呈现出不断降低的趋势。摩擦磨损试验表明随着接触应力和滚压道次的增大,试件的磨损量逐渐降低,即耐磨性能不断提高。对滚压后试件表层的微观组织分析研究,揭示了滚压强化工艺参数与残余应力、表面粗糙度、表面硬度和耐磨性的内在联系。滚压后试件表层出现晶粒的拉长以及碳化物破碎现象,说明Cr12试件在滚轮的作用下,表层微观组织发生形态变化以及晶粒尺寸的变化,发生晶粒细化现象,进而导致了试件表面残余应力、显微硬度和耐磨性的变化以及表面粗糙度的降低。通过有限元软件Abaqus/Explicit建立了Cr12材料的滚压强化模型,预测滚压后残余应力分布情况,并通过仿真结果建立了残余应力关于接触应力和滚压道次的回归方程,可以有效预测残余应力情况;同时仿真结果表明在滚压后在试件表层形成了先增大后减小的残余压应力层,最大残余压应力出现在距表面0.1 mm左右处,残余压应力层的厚度在0.3 mm-0.5 mm左右。