CN102586556B

CN102586556B - 辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理装置

Info

Publication number: CN102586556B
Application number: CN201210082764.0A
Authority: CN
Inventors: 王以华; 朱崎; 甘元
Original assignee: JIANGSU BAOJIE FORGING CO Ltd
Current assignee: JIANGSU BAOJIE FORGING CO Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: CN102586556A

Abstract

一种机械零件制造技术领域的针对塑性变形后零件表面的辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理工艺及其装置，该工艺通过具有自转的压头以偏移待加工零件轴线的方式进行旋转精轧，实现压头球头表面均匀磨损；其中的自转是指：通过电动机带动装有压头的传动轴强制旋转运动，辗平压头绕本身轴线做辅助旋转并开始精轧强化作业；偏移是指：压头的中心相对滚压强化零件的轴线位移。本发明保证了表面加工光洁度值、表层的显微硬度值和第一种压缩的残余应力值的最佳组合。适用作为零件的最后整修和表面强化。该装置减少了压头磨损，因此，可以合理地用于制造重要零件的工业企业。

Description

辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理装置

技术领域

本发明涉及的是一种机械零件制造技术领域的工艺及装置，具体是一种针对塑性变形后零件表面的辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理工艺及其装置。

背景技术

在机器制造业中机械零件的失效大多是由于材料表面不能胜任苛刻的服役条件所致。其失效原因大致可归纳为强度、磨损和腐蚀失效，且大多发生在零件表面或近表面。因此，提高材料的表面性能对延长机械零件的使用寿命和发挥材料的潜力起着至关重要的作用。由此应运而生的表面强化技术作为一门独立学科得到快速发展，并成为工业发达国家机械工业发展的新重点。

在提高零件表面性能所广泛应用的工艺是化学热处理、抛丸强化等。这些工艺或多或少会造成环境污染，且成本居高不下。通过机械的方法使金属表面层发生塑性变形，从而形成高硬度和高疲劳强度的硬化层，这种表面强化方法称为表面变形强化。这些方法的特点是：强化层位错密度增高，亚晶结构细化，从而使其硬度和疲劳强度提高，表面粗糙度值减小，能显著降低疲劳缺口的敏感性，如45钢轴，一个未精轧强化与精轧强化轴相比，屈服强度由355MPa增加到488MPa。这种强化方法工艺简单、效果显著，硬化层和基体之间不存在明显的界限，结构连贯，不易在使用中脱落。而常规的滚压强化方法，滚轮不主动旋转，只是在被辊压工件带动转动，易磨损失效，被滚压表面变形不均匀，运用该工艺有很大局限性，由于滚轮极大磨损，而导致产品表面尺寸超差报废。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1562513，公开日2005-01-12，记载了一种“机械辗压轧辊表面的毛化强化方法及其装置”，该技术用滚轮10辗压轧辊14的表面，将滚轮10的表面形貌复印到轧辊14的表面上，实现轧辊表面毛化或强化。压杆8、刀杆9及滚轮10对称布置在轧辊14的两边。启动油缸13，油缸13的工作腔进油带动活塞杆12运动，它经活塞杆轴销11依次带动压杆8、刀杆9及滚轮10动作，滚轮10顶紧轧辊14，轧辊14在机床主轴驱动下旋转时，滚轮10对轧辊14的相应圆周实施辗压。用传动丝杆2将本装置沿轧辊14轴向进给时，滚轮10对轧辊14的整个外表面实施稳压，辗压所需的巨大压力在本装置内互相抵消。

但是该现有技术的滚轮10本身无动力自传，而靠被轧件带动被动转动，因此，滚轮10的磨损严重且不均匀，如此，辊轧出的部位的精度及光洁度无法达到工艺要求。

中国专利文献号CN101791756A，公开日2010-08-04，记载了一种“锥密封管接头高精度锥孔弹性滚轧装置”，该技术由刀柄体、矩形压力弹簧、外滑套、定位销轴、芯套、滚压心轴、轴承套、推力球轴承、调整垫、花兰套、滚柱组成。但是该现有技术只能“滚轧锥密封管接头的锥面内孔”，“孔径在

”。而对圆柱体外表面滚轧强化则力不从心。再有，滚珠12本身无动力自转，而靠车床主轴与被滚轧件表面带动被动转动，因此，滚珠12的磨损严重且不均匀，如此，辊轧出的部位的精度及光洁度都不可能精确控制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理工艺及其装置，保证了表面加工光洁度值、表层的显微硬度值和压缩的残余应力值的最佳组合。适用作为零件的最后整修和表面强化。该装置减少了压头磨损，因此，可以合理地用于制造重要零件的工业企业。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理工艺，通过具有自转的压头以偏移待加工零件轴线的方式进行旋转精轧，实现压头球头表面均匀磨损。

所述的自转是指：通过电动机带动装有压头的传动轴强制旋转运动，辗平压头绕本身轴线做辅助旋转并开始精轧强化作业。

所述的偏移是指：压头的中心相对滚压强化零件的轴线位移；

所述的旋转精轧是指：采用进给量S₀＝0.07mm/rpm(毫米/分转)，滚平速度v＝25.1m/min(米/分)，加工深度h_s＝60～100μM(微米)，优选加工深度为h_s＝75μM，优选进给量为S₀＝0.1mm/rpm。

所述的压头为钨钴类硬质合金YG3制成，球头直径3mm，该压头耐磨性能良好，热处理硬度1037HV，强度达到3900MPa。

所述的待加工零件为圆柱体结构

本发明涉及一种辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理装置，包括：壳体及依次设置与其内部的具有球面工作部分的压头、传动轴、双列径向轴承、离合器和电动机。

所述的传动轴为42CrMo制成，淬硬为38～42HRC，使其具有良好强度和优异刚性，以确保压头工作时极小变形量。

所述的双列径向轴承选用圆锥滚子轴承7000型、双列结构。

所述的离合器选用气压式摩擦离合器。结合平稳，传递扭矩大，使用寿命长。

所述的电动机选用JG2型辊道电动机，启动转矩大，耐高温、封闭式。

本发明保证了表面加工光洁度值、表层的显微硬度值和第一种压缩的残余应力值的最佳组合；可以推荐为零件的最后整修和表面强化。该装置减少了压头磨损，完全省去精车、磨削工序，功效提高一倍，且适于大批量生产。因此，本发明可以合理地用于制造重要零件的工业企业。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图中：a为正视图，b为侧视图；x1被加工零件、x2压头、n₁零件旋转速度、n₂压头旋转速度。

图2为本发明装置示意图；

图中：a为正视图，b为左视图；1压头、2螺钉、3传动轴、4调节螺帽、5壳体、6离合器、7电动机。

图3为实施例表面层的显微硬度H_μ和对应的精轧深度h_s关系示意图。

图4为实施例表面层的显微硬度H_μ和送进量S₀的关系示意图。

图5为实施例残留应力σ沿表面层深度h分布示意图；

图中：曲线1、2、3分别对应S₀＝0.07；0.084；0.097mm/rpm。

图6为某链条滚子表面精轧实例。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图2所示，本实施例通过以下装置进行精轧强化工件表面作业，该装置包括：壳体5及依次设置与其内部的具有球面工作部分的压头1、传动轴3、双列径向轴承8、离合器6和电动机7。

通过螺钉2将压头固定在传动轴3的中心孔中，而传动轴3又由双列向心轴承8支撑和固定，轴承8固定在壳体5中，壳体5再装在金属加工设备上。螺帽4拧在壳体5左端，其松紧可以调整轴承8位置。传动轴3与电动机7连接的离合器6相连。

然后将上述装置安装在金属加工设备上，例如与被加工件相适应的车床。将待加工工件装在车床主轴上，随着车床主轴旋转；图2所示装置安装到车床随丝杆作轴向运动的拖板上。由电动机7带动装有压头1的传动轴3强制作旋转运动，并开始精轧强化作业。

本实施例通过以下步骤进行具体操作：

1)采用的待加工零件为：外径圆柱体零件(材料为合金钢45CrNiMoVA)的外表面，压头材料为钨钴类硬质合金YG3，其化学成分见下表，球头直径3mm。

硬质合金YG3化学成分及主要性能：

2)在进给量S₀＝0.07mm/rpm(毫米/分转)，滚平速度v＝25.1m/min(米/分)条件下，成形后的零件表面层的显微硬度H_μ值示于图3。

优选在H_μ值v＝25.1m/min，h_s＝75μM条件下，所对应的各种送进量S₀示于图4。为了保证表面层的最大显微硬度值，推荐辊压进给量：S₀＝0.1mm/rpm。

在加工深度h_s3＝75μM条件下出现高的第一种残余压缩应力(图5)，该残余应力扩展深度达到0.12mm。残余应力最大值集中在0.04～0.06mm。这时，加工表面粗糙度平均算术偏差，在S₀＝0.07；0.084；0.097mm/rpm时，对应的表面粗糙度Ra＝0.078；0.094；0.126μM。

因此，旋转精轧辗平保证了表面加工光洁度值、表层的显微硬度值和第一种压缩的残余应力值的最佳组合。适用作为零件的最后整修和表面强化。该装置减少了压头磨损，因此，可以合理地用于制造重要零件的工业企业。

实施例2

链条滚子精轧强化。

本实施例滚子零件图示于图6。材料为20钢，滚子经冷挤压冲孔后，装到仪表车床主轴上，并用夹具固定之。将图2所示滚动辗平装置安装在车床拖板上。车床开动后，再开滚动辗平装置，使压头逐步靠上滚子左端圆柱面，合上离合器，即可进行轧制。v＝26m/min，在h_s＝85μM条件下，所对应的各种送进量S₀示于图4。为了保证表面层的最大显微硬度值，辊压进给量约为S₀＝0.08mm/rpm，此时表面显微硬度H_μ为5000，工件表面粗糙度为R_a＝0.08～0.12μm。完全省去精车、磨削工序，功效提高一倍，且适于大批量生产。

Claims

1.一种辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理装置，其特征在于，包括：壳体及依次设置于其内部的具有球面工作部分的压头、传动轴、双列径向轴承、离合器和电动机；

所述的传动轴为42CrMo制成；所述的双列径向轴承选用圆锥滚子轴承7000型、双列结构；所述的离合器选用气压式摩擦离合器；所述的电动机选用JG2型辊道电动机；

所述装置通过以下方式实现，辊压压头主动旋转滚压精轧表面强化处理：通过具有自转的压头以偏移待加工零件轴线的方式进行旋转精轧，实现压头球头表面均匀磨损；

所述的自转是指：通过电动机带动装有压头的传动轴强制旋转运动，辗平压头绕本身轴线做辅助旋转并开始精轧强化作业；

所述的旋转精轧是指：采用进给量S₀=0.07mm/rpm，滚平速度v=25.1m/min，加工深度h_s=60～100μ m ；

所述的旋转精轧的加工深度为h_s=75μ m ，进给量为S₀=0.1mm/rpm；

所述的压头为钨钴类硬质合金YG3制成，球头直径3mm。