CN102825423A - 一种低应力疲劳试样的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低应力疲劳试样的加工方法，该方法包括车削粗加工、车削精加工、粗磨削加工及精磨削加工四个步骤，利用数控五轴工具磨床，采用立方氮化硼(粒度80#～120#和180#～400#)进行磨削加工，确保纵向磨削加工要求，保证每件试样加工的参数一致。与现有技术相比，本发明克服了传统工艺中成型砂轮制造的繁琐工序和轴向抛光工序，大大地提高了加工效率和加工精度。

Description

一种低应力疲劳试样的加工方法
技术领域
本发明涉及一种材料加工方法，尤其是涉及一种低应力疲劳试样的加工方法。
背景技术
随着现代制造业及宇航事业的发展，对零件的可靠性和延长寿命的要求日益苛刻，据统计，机械零构件失效中，疲劳失效占到50％-90％，航空零件的失效中占到80％以上。
材料试样加工质量的好坏是材料测试中十分关键的环节，航空材料疲劳试样加工要求更高，要求表面粗糙度不大于0.20um，表面压应力为140～590MPa之间，在20倍放大镜下观察试样表面无横向划痕。
传统磨削加工技术虽然也可以获得试样的精度和表面粗糙度，但实际生产中经常出现磨削裂纹、表面烧伤、表面高拉应力状态等严重破坏构件表面完整性，降低构件疲劳强度或疲劳寿命等问题，而且传统磨削技术加工试样效率十分低下，加工工艺的重复性即每个试样加工工艺指标是否完全一致难以保证。传统的切削和磨削加工已无法适应以这些难加工材料为基础的关键零部件的加工需求，急需发展高效抗疲劳磨削技术以改善加工效率低，无法满足构件疲劳性能和可靠性的不利局面。
因此，在广泛的加工领域，尤其是上述难加工材料构件的制造领域，高效抗疲劳磨削加工技术是相关关键构件加工过程中的重要技术手段，其先进性对相应工业领域的发展及产品的竞争优势起着举足轻重的作用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种克服了传统工艺中成型砂轮制造的繁琐工序和轴向抛光工序，大大地提高了加工效率和加工精度的低应力疲劳试样的加工方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低应力疲劳试样的加工方法，包括以下步骤：
(1)车削粗加工：利用车床将被加工试样的直径从d+5mm车削至d+0.5mm，在车削时逐次减少切削深度；
(2)车削精加工：继续将被加工试样的直径从d+0.5mm车削至d+0.5mm，在车削时进一步逐次减少切削深度；
(3)粗磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为80#～120#的立方氮化硼砂轮对被加工试样的中部进行弧段车削；
(4)精磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为180#～400#的立方氮化硼砂轮继续对被加工试样的中部进行弧段进行精确车削，得到最终的产品。
步骤(1)中逐次减少的切削深度为1.25mm、0.75mm、0.25mm。
步骤(2)中逐次减少的切削深度为0.12mm、0.07mm、0.05mm。
所述的车床对被加工试样进行车削时，车床主轴的转速为300～400rpm，吃刀深度≤2mm，横向走刀量为0.4mm/转。
步骤(3)采用80#～120#的立方氮化硼砂轮进行车削加工时，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度18m/s～26m/s，被加工试样的转速100rpm～400rpm，粗磨每次进给量0.02～0.03mm，走刀速度40～200mm/min。
步骤(4)采用180#～400#的立方氮化硼砂轮进行车削加工时，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度18m/s～26m/s，被加工试样的转速100rpm～400rpm，粗磨每次进给量0.005～0.01mm，走刀速度40～200mm/min。
所述的被加工试样为圆柱结构的试样。
所述的最终的产品为直径16.5mm的圆柱形结构，中间加工的弧面结构的弧面半径为65mm，产品表面的粗糙度不大于0.2μm，残余应力为140～590MPa。
与现有技术相比，本发明通过车削粗加工、车削精加工、粗磨削加工、精磨削加工来完成加工疲劳试样，我们用普通的车床进行车削加工，磨削加工和抛光工序采用数控五轴磨床磨削疲劳试样。由于使用了数控五轴磨床，仅选择一个合适直径的砂轮，就能实现在一个试样上各种R1和R2形状要求和尺寸精度，同时实现纵向磨削要求，克服了传统工艺中成型砂轮制造的繁琐工序和轴向抛光工序，大大地提高了加工效率和加工精度。
附图说明
图1为被加工试样的主视结构示意图；
图2为加工得到最终产品的主视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种低应力疲劳试样的加工方法，在磨削加工中确保纵向磨削加工要求，保证每件试样加工的参数一致，包括以下步骤：
(1)车削粗加工：利用车床将如图1所示的被加工试样，直径从d+5mm车削至d+0.5mm，在车削时逐次减少切削的深度为1.25mm、0.75mm、0.25mm，车床对被加工试样进行车削时，车床主轴的转速为300rpm，吃刀深度≤2mm，横向走刀量为0.4mm/转；
(2)车削精加工：继续将被加工试样的直径从d+0.5mm车削至d+0.5mm，在车削时进一步逐次减少切削深度为0.12mm、0.07mm、0.05mm，车床对被加工试样进行车削时，车床主轴的转速为400rpm，吃刀深度≤2mm，横向走刀量为0.4mm/转；
(3)粗磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为80#～120#的立方氮化硼砂轮对被加工试样的中部进行弧段车削，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度18m/s，被加工试样的转速100rpm，粗磨每次进给量0.02mm，走刀速度40mm/min；
(4)精磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为180#～400#的立方氮化硼砂轮继续对被加工试样的中部进行弧段进行精确车削，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度18m/s，被加工试样的转速100rpm，粗磨每次进给量0.005mm，走刀速度40mm/min，得到如图2所示的最终的产品，直径16.5mm的圆柱形结构，中间加工的弧面结构的弧面半径为65mm，产品表面的粗糙度不大于0.2μm，残余应力为140～590MPa。
实施例2
一种低应力疲劳试样的加工方法，在磨削加工中确保纵向磨削加工要求，保证每件试样加工的参数一致，包括以下步骤：
(1)车削粗加工：利用车床将如图1所示的被加工试样，直径从d+5mm车削至d+0.5mm，在车削时逐次减少切削的深度为1.25mm、0.75mm、0.25mm，车床对被加工试样进行车削时，车床主轴的转速为400rpm，吃刀深度≤2mm，横向走刀量为0.4mm/转；
(2)车削精加工：继续将被加工试样的直径从d+0.5mm车削至d+0.5mm，在车削时进一步逐次减少切削深度为0.12mm、0.07mm、0.05mm，车床对被加工试样进行车削时，车床主轴的转速为400rpm，吃刀深度≤2mm，横向走刀量为0.4mm/转；
(3)粗磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为80#～120#的立方氮化硼砂轮对被加工试样的中部进行弧段车削，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度26m/s，被加工试样的转速400rpm，粗磨每次进给量0.03mm，走刀速度200mm/min；
(4)精磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为180#～400#的立方氮化硼砂轮继续对被加工试样的中部进行弧段进行精确车削，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度26m/s，被加工试样的转速400rpm，粗磨每次进给量0.01mm，走刀速度200mm/min，得到如图2所示的最终的产品，直径16.5mm的圆柱形结构，中间加工的弧面结构的弧面半径为65mm，产品表面的粗糙度不大于0.2μm，残余应力为140～590MPa。

Claims (8)

1.一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)车削粗加工：利用车床将被加工试样的直径从d+5mm车削至d+0.5mm，在车削时逐次减少切削深度；
(2)车削精加工：继续将被加工试样的直径从d+0.5mm车削至d+0.5mm，在车削时进一步逐次减少切削深度；
(3)粗磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为80#～120#的立方氮化硼砂轮对被加工试样的中部进行弧段车削；
(4)精磨削加工：利用数控五轴磨床的三爪卡盘夹住被加工试样，选用粒度为180#～400#的立方氮化硼砂轮继续对被加工试样的中部进行弧段进行精确车削，得到最终的产品。
2.根据权利要求1所述的一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，步骤(1)中逐次减少的切削深度为1.25mm、0.75mm、0.25mm。
3.根据权利要求1所述的一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，步骤(2)中逐次减少的切削深度为0.12mm、0.07mm、0.05mm。
4.根据权利要求1所述的一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，所述的车床对被加工试样进行车削时，车床主轴的转速为300～400rpm，吃刀深度≤2mm，横向走刀量为0.4mm/转。
5.根据权利要求1所述的一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，步骤(3)采用80#～120#的立方氮化硼砂轮进行车削加工时，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度18m/s～26m/s，被加工试样的转速100rpm～400rpm，粗磨每次进给量0.02～0.03mm，走刀速度40～200mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，步骤(4)采用180#～400#的立方氮化硼砂轮进行车削加工时，结合使用浓度为100％树脂结合剂，砂轮的直径小于试样直径，车削时的线速度18m/s～26m/s，被加工试样的转速100rpm～400rpm，粗磨每次进给量0.005～0.01mm，走刀速度40～200mm/min。
7.根据权利要求1所述的一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，所述的被加工试样为圆柱结构的试样。
8.根据权利要求1所述的一种低应力疲劳试样的加工方法，其特征在于，所述的最终的产品为直径16.5mm的圆柱形结构，中间加工的弧面结构的弧面半径为65mm，产品表面的粗糙度不大于0.2μm，残余应力为140～590MPa。
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