CN101956805B - 滚轮残余应力截断法弧形成型的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于滚轮加工技术，提出一种滚轮残余应力截断法弧形成型的工艺方法，所述方法包括以下步骤：(1)选取渗碳钢棒，材料20CrMn，规格φ36mm；(2)半精加工外圆和内孔，形成滚轮；(3)滚轮整体渗碳淬火；渗碳层深度2.0～2.5mm，表面硬度58-60HRC；(4)精磨滚轮外圆和内孔，并车两端面；(5)加工端面环形凹槽；采用成型刀具在滚轮环形实体两端面的中间部位沿圆周方向加工环形凹槽，环形凹槽深度等于或大于渗碳层深度，凹槽宽度方向保留内孔和外圆渗碳层。凹槽部分材料去除后，将滚轮端面连续分布的残余压应力截断，凹槽相邻区域金属单元体的三向压应力平衡状态被打破，凹槽周围残余应力重新分布，形成圆柱平直段与端面间的平滑圆弧过渡。

Description

滚轮残余应力截断法弧形成型的工艺方法
技术领域
本发明属于滚轮加工技术，提出一种滚轮残余应力截断法弧形成型的工艺方法，适用于渗碳淬火滚轮圆柱平直段与端面间过渡弧形成型，可推广应用于其它类渗碳淬火零件圆柱平直段与端面间弧形过渡的成型加工。
背景技术
内燃机凸轮与滚轮是一对工况恶劣的摩擦副，将滚轮设计为中间直线段、两端平滑弧形的轮廓形状，有利于凸轮向滚轮传递动力瞬间提供平整的接触面，从而达到整个接触面上应力的均匀分布，有效减小磨损。滚轮两端平滑弧形的高精度加工是滚轮制造的难点。目前采用以下工艺方法加工：方法一：用普通设备将滚轮两端加工成双重倒角，该方法加工的滚轮边缘局部接触应力大，极易造成滚轮边缘磨损失效；方法二：在精密数控磨床上采用直线与圆弧插补法精密加工大圆弧鼓形曲面，此方法提高了曲面加工精度，但需专用高精数控设备，生产成本高，而且仍不能实现滚轮两端理想的平滑弧形过渡，制约凸轮轴-滚轮摩擦副接触疲劳寿命的进一步提高。
发明内容
本发明目的在于克服现行加工技术的不足，提出一种滚轮残余应力截断法弧形成型的工艺方法，实现渗碳淬火滚轮圆柱平直段与端面间理想的平滑弧形过渡。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
(1)选取渗碳钢棒，材料20CrMn，规格φ36mm；
(2)半精加工外圆和内孔，形成滚轮；
(3)滚轮整体渗碳淬火；
滚轮在密封箱式多用炉生产线上进行渗碳、淬火和回火；渗碳加热温度920℃，炉内碳势0.85％，渗碳后风冷至室温出炉，渗碳层深度2.0～2.5mm；淬火加热温度820℃，保温60分钟，油冷；回火加热温度180℃，保温120分钟，空气冷却，表面硬度58-60HRC；
(4)精磨滚轮外圆和内孔，并车两端面；
(5)加工环形凹槽；采用成型刀具在滚轮环形实体两端面的中间部位沿圆周方向加工环形凹槽，环形凹槽深度等于或大于渗碳层深度，凹槽宽度方向保留内孔和外圆渗碳层；凹槽部分材料去除后，将滚轮端面连续分布的残余压应力截断，凹槽相邻区域金属单元体的三向压应力平衡状态被打破，凹槽周围残余应力重新分布，形成圆柱平直段与端面间的平滑圆弧过渡。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
1、利用残余应力局部截断法，实现滚轮平直段与端面间理想光滑的弧形过渡。
2、解决了滚轮弧形过渡不平滑、工作中应力集中严重、易发生磨损失效等问题，使凸轮-滚轮摩擦副传递动力过程中，整个接触面上的接触应力均匀分布，改善了凸轮-滚轮摩擦副间的润滑条件，提高了滚轮的承载能力和系统可靠性。
3、简单易行，不需专用精密数控设备，生产成本低，便于实施。
附图说明
附图1为实施例渗碳钢棒示意图。
附图2为实施例半精加工示意图。
附图3为实施例渗碳后示意图。
附图4为实施例精磨外圆、孔并车端面示意图。
附图5为实施例加工环形凹槽示意图。
附图6为实施例滚轮弧形端面(未按比例)。
具体实施方式
结合附图与实施例对本发明进一步说明：
实施例：
(1)选取渗碳钢棒，材料20CrMn，具体规格见附图1。
(2)按附图2半精加工滚轮外圆和内孔。
(3)滚轮整体渗碳淬火
滚轮在密封箱式多用炉生产线上进行渗碳、淬火和回火。
在密封箱式多用炉内渗碳，渗碳加热温度920℃，炉内碳势0.85％，渗碳后风冷至室温出炉，渗碳层深度2.0～2.5mm，如附图3所示。
在密封箱式多用炉内淬火，淬火加热温度820℃，保温60分钟，油冷；在箱式回火炉内回火，回火加热温度180℃，保温120分钟，空气冷却，表面硬度58-60HRC。
(3)按附图4精磨滚轮外圆和内孔，并车两端面。
(4)按附图5加工环形凹槽；
采用立方氮化硼成型刀具在滚轮环形实体两端面的中间部位沿圆周方向加工环形凹槽，环形凹槽深2.5+0.2mm，凹槽宽度方向保留内孔和外圆渗碳层，即得到附图6所示的弧形端面。

Claims (1)

1.一种滚轮残余应力截断法弧形成型的工艺方法，其特征包括以下步骤：
(1)选取渗碳钢棒，材料20CrMn，规格φ36mm；
(2)半精加工外圆和内孔，形成滚轮；
(3)滚轮整体渗碳淬火；
滚轮在密封箱式多用炉生产线上进行渗碳、淬火和回火，渗碳加热温度920℃，炉内碳势0.85％，渗碳后风冷至室温出炉，渗碳层深度2.0～2.5mm；淬火加热温度820℃，保温60分钟，油冷；回火加热温度180℃，保温120分钟，空气冷却，表面硬度58-60HRC；
(4)精磨滚轮外圆和内孔，并车两端面；
(5)加工环形凹槽；采用立方氮化硼成型刀具在滚轮环形实体两端面的中间部位沿圆周方向加工环形凹槽，环形凹槽深度等于或大于渗碳层深度，凹槽宽度方向保留内孔和外圆渗碳层；凹槽部分材料去除后，将滚轮端面连续分布的残余压应力截断，凹槽相邻区域金属单元体的三向压应力平衡状态被打破，凹槽周围残余应力重新分布，形成圆柱平直段与端面间的平滑圆弧过渡。
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