CN102922217B - 精轧强化双滚压头滚平加工装置及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

一种机械零件制造技术领域的精轧强化双滚压头滚平加工装置及其加工工艺，该装置包括：固定连接的支撑体和衬套，下滚压头和带有自感应加热装置的上滚压头分别固定设置于支撑体和刀杆内部；本发明通过设置了配合默契的两个滚压头，使滚压效率提高一倍；并且随着滚压头磨损，其伸出长度则可以通过滚轮外径变化随即调整；本发明还具有自感应加热装置，待滚压头受到变形热到380℃时，感应加热装置会自动断开停止加热；滚压头温度低于380℃时又会自动加热滚压头。这样使滚压头由冷脆状态变成热塑状态，延长滚压头使用寿命。

Description

精轧强化双滚压头滚平加工装置及其加工工艺

技术领域

本发明涉及的是一种机械零件制造技术领域的装置和工艺，具体是一种精轧强化双滚压头滚平加工装置及其加工工艺。

背景技术

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塑性变形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。但目前所使用的滚压强化技术，由于滚轮装置设计不合理，易磨损，寿命低，导致精轧后零件表面因超差造成报废。

因此，在精轧强化滚平加工的条件下，现在迫切建立这样的加工条件，保证表面层具有最高显微硬度值、最大的残余应力值，最小的表面粗糙度。

针对目前精轧强化滚压装置滚轮都只有一个，效率低下且零件表面变形不均匀，并且目前滚压头大都为硬质合金，在滚压初始阶段是处在室温状态下，这种状态下硬质合金呈硬脆性，这时滚压头滚压时易脆裂。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101486045，公开日2009-07-22，记载了一种“中频感应加热式热双辊可逆轧机及轧制方法”，该技术包括：半开式感应加热器可逆轧机本体，所述的轧机本体的感应负载线圈按轧辊轴向排布，所述的轧机本体的轴承设置冷却水道进行循环水冷却，所述的轧机本体的轧辊加热系统采用晶闸式中频感应加热设备，轧辊表面温度采用远红外传感器。但该技术为热轧机轧辊预热装置，是对板坯双面受力大变形轧机，大功率的感应加热器；轧辊整个长度可达几米，对板坯施力的是成对布排的轧辊。而不是本滚压装置仅仅是零件单侧表面滚光小变形，仅仅由两个小滚轮对零件表面滚压施力，对比文件如此大功率感应加热装置不能用于本发明。

中国专利文献号CN102179404A，公开日2011-09-14，记载了一种“一种金属板带材的热辊温轧装置及方法”，该技术在双辊轧机的每个轧辊近距离处设置一个加热装置，由两个对称设置的金属管组和一个连接管构成；金属管组由上汇总管、下汇总管和多个圆弧形金属管构成，设有进水口和出水口，并连接交流电源的两极；方法为：通过交流电源对金属管架施加交流电，启动轧辊，通过磁场感应将轧辊表面加热至200～900℃；向圆弧形金属管内通入水；将金属板带材送入轧辊中进行轧制。但技术主要偏重于轧制难变形金属，预热轧辊是坯料在变形时与轧辊接触表面热损失小，不因坯料温度迅速下降塑性降低难以正常轧制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种精轧强化双滚压头滚平加工装置及其加工工艺，设置了配合默契的两个滚压头，使滚压效率提高一倍；并且随着滚压头磨损，其伸出长度则可以通过滚轮外径变化随即调整；本发明还具有感应加热装置，待滚压头受到变形热到400℃时，感应加热装置会自动断开停止加热；滚压头温度低于350℃时又会自动加热滚压头。这样使滚压头由冷脆状态变成热塑状态，延长滚压头使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种精轧强化双滚压头滚平加工装置，包括：固定连接的支撑体和衬套，下滚压头和带有自感应加热装置的上滚压头分别固定设置于支撑体和刀杆内部。

所述的自感应加热装置包括：PID(比例-积分-微分)调节器以及分别与之相连接的加热件、电压表、变阻器、变压器和热电偶，其中：加热件、变阻器、刀杆与电源构成加热环路，变压器跨接于加热件的两端以检测输出功率，设置于硬质合金制成的上滚压头的芯部的热电偶与PID调节器相连以实现自动感应加热及温度控制。

所述的自动感应加热装置对上滚压头进行预热，并当温度调节器检测到预热温度达到380℃后调整变阻器达到保温功能，开始精轧强化加工。

所述的上滚压头的表面粗糙度为Ra＝0.2μM，锥角α＝90°，下滚压头的表面粗糙度Ra＝0.1μM，锥角α＝90°。

所述的下滚压头的外径小于上滚压头的外径，优选小于2mm，下滚压头的外径为则下滚压头保证表面层更大显微硬度值和残余压缩应力值，而上滚压头则具有表面平整粗糙度高度参数的较小值。

本发明涉及上述装置的精轧强化双滚压头滚平加工工艺，包括以下步骤：

第一步、将待处理的20钢的滚子零件经冷挤压冲孔后置于仪表车床的主轴上并用夹具固定。

第二步、首先将所述精轧强化双滚压头滚平加工装置安装在车床拖板上，并依次启动车床和精轧强化双滚压头滚平加工装置，启动自感应加热装置并当滚压头预热到380℃时，使上滚压头逐步靠近滚子零件的上滚子左端圆柱面；

然后用轴向调整螺钉调整上滚压头的尺寸并伸进工件表面0.1mm，下滚轮比上滚轮多伸进工件表面0.01mm，以确保沿着上滚压头所形成的表面粗糙度形状通过以满足上下滚压头的轴心水平间距，即ΔX。

第三步、启动上、下滚压头并设置进给量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，并进行精轧处理，精轧过程中可进一步通过调整垫片精调ΔX的距离。

与现有技术相比，本发明加工过程的生产率能够提高到2倍，滚平表面高度参数减少到1/4。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为带有预热工作部分滚压头结构示意图。

图3为预热和未预热滚压表面粗糙度Ra与滚压时间t的关系示意图；

图中：曲线1为未预热的压头，曲线2为预热压头。

图4为实施例待处理滚子零件示意图。

图5为上、下滚压头结构示意图。

图6为实施例应用示意图。

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1所示，本实施例包括：固定连接的支撑体4和衬套10，下滚压头2和带有自感应加热装置的上滚压头1分别固定设置于支撑体4和刀杆6内部。

所述的固定连接通过两组共四根垂直于上滚压头1、下滚压头2轴的螺钉3、7、11、12实现；

所述的固定设置是指：

1)下滚压头2分别与贯穿刀杆6并与支撑体4固定连接的第一螺钉13和第二螺钉14相接触；

2)上滚压头1分别与固定于刀杆6内的垂直定位螺钉5和轴向调整螺钉8相接触。

所述的轴向调整螺钉8与上滚压头1同轴设置，且轴向调整螺钉8与上滚压头1相接触的位置设有轴向的衬套10。

所述的垂直定位螺钉5与第一螺钉13和第二螺钉14轴向平行，该垂直定位螺钉5保证衬套10的固定并阻止其沿本身轴线旋转。

所述的轴向调整螺钉8用于调整两个滚压头彼此相对伸出长度。

所述的支撑体4并与衬套10之间设有调整垫片9，用于对上下滚压头2轴心距离进行微调。

所述的自感应加热装置包括：PID(比例-积分-微分)调节器(图中未示出)以及分别与之相连接的加热件15、电压表16、变阻器R、变压器17和热电偶(图中未示出)，其中：加热件15、变阻器R、刀杆6与电源构成加热环路，变压器17跨接于加热件15的两端以检测输出功率，设置于硬质合金制成的上滚压头1的芯部的热电偶与PID调节器相连以实现自动感应加热及温度控制。

所述的PID调节器采用日本岛电FP93可编程PID调节器实现高精度温控系统，温度控制精度达到±1℃。

如图2所示，所述的加热件15为外部绕有感应线圈的空心铜管结构，其内部通过通水实现实时冷却。

所述的自动感应加热装置对上滚压头1进行预热，并当温度调节器检测到预热温度达到380℃后调整变阻器R达到保温功能，开始精轧强化加工。

所述的下滚压头2的外径为且小于上滚压头1的外径2mm，这样能够保证下滚压头2的表面层更大显微硬度值和残余压缩应力值，而上滚压头1则具有表面平整粗糙度高度参数的较小值。因此，与现行最好滚平工具相比，加工过程的生产率能够提高到2倍，滚平表面高度参数减少到1/4。

如图6所示，所述的上滚压头1的表面粗糙度为Ra＝0.2μM，锥角α＝90°，下滚压头2的表面粗糙度Ra＝0.1μM，锥角α＝90°。

如图6所示，本实施例通过以下方式实现精轧强化双滚压头滚平加工工艺：

第一步、将上述滚压装置沿着金属加工设备中心轴线安装，以便上滚压头1和下滚压头2离该轴线近等距离。将待处理的20钢的滚子零件经冷挤压冲孔后置于仪表车床的主轴上并用夹具固定。

第二步、首先将所述精轧强化双滚压头滚平加工装置安装在车床拖板上，并依次启动车床和精轧强化双滚压头滚平加工装置，启动加热件15并当滚压头预热到380℃时，使上滚压头逐步靠近滚子零件的上滚子左端圆柱面；

如图6所示，用轴向调整螺钉调整上滚压头的尺寸并伸进工件表面0.1mm，下滚轮比上滚轮多伸进工件表面0.01mm，以确保沿着下滚压头所形成的表面粗糙度形状通过以满足上下滚压头的轴心水平间距，即ΔX。

第三步、启动上、下滚压头并设置进给量为S₀＝0.1mm/rpm(毫米/分转)，滚平速度v＝25.1m/min(米/分)，加工深度为h_s＝75μM，并进行精轧处理，精轧过程中可进一步通过调整垫片精调ΔX的距离。

当下滚压头2采用比上滚压头1更小尺寸直径，则下滚压头2保证表面层更大显微硬度值和残余压缩应力值，而上滚压头1则具有表面平整粗糙度高度参数的较小值。因此，与现行最好滚平工具相比，加工过程的生产率能够提高到2倍，平整表面高度参数减少到1/4。

众所周知，滚平初始阶段，硬质合金滚压头(YG10H，91.5HRA，σb＝2200MPa)呈现脆性状态。滚压头工作部分在滚压过程中受热并伴生磨损，呈现典型的硬质合金脆性破坏，严重影响滚压头寿命。因此，预热滚压头到开始加工应该能提高滚压头寿命，使硬质合金由脆性状态转变成脆-塑性状态。经试验，将滚压头预热到350～400℃，滚压速度1.16m/s时，滚压头寿命提高2倍。在实施中，滚压头预热到380℃后，断开加热电路，开始滚压加工。

硬质合金滚压头被加热，随后在加热元件4与滚压头接触区域产生有效热电动势。上滚压头1加热到规定温度380℃后电路断开供电靠向零件，开始精轧强化加工。

如图3所示，为出滚压表面粗糙度Ra与滚压时间t的关系。曲线1滚压头预热到380℃后开始滚压加工，曲线2滚压头未经预热开始滚压加工。比较后可得到结论：预热后硬质合金滚压头工作部分增加了寿命。根据图中比较后可得到本实施例效果，即预热后硬质合金滚压头寿命增加50％；滚出的工件表面粗糙度低了6.4％。

所设计的工具结构在实际使用中是足够简单的，在制造成本上与市面流行的差不多，因此，在制造重要零件时，可以合理运用到工业企业中。

Claims (8)

1.一种精轧强化双滚压头滚平加工装置，其特征在于，包括：固定连接的支撑体和衬套，下滚压头和带有自感应加热装置的上滚压头分别固定设置于支撑体和刀杆内部；

所述的固定设置是指：

1)下滚压头分别与贯穿刀杆并与支撑体固定连接的第一螺钉和第二螺钉相接触；

2)上滚压头分别与固定于刀杆内的垂直定位螺钉和轴向调整螺钉相接触；

所述的轴向调整螺钉与上滚压头同轴设置，且轴向调整螺钉与上滚压头相接触的位置设有轴向的衬套；

所述的自感应加热装置包括：PID调节器以及分别与之相连接的加热件、电压表、变阻器、变压器和热电偶，其中：加热件、变阻器、刀杆与电源构成加热环路，变压器跨接于加热件的两端以检测输出功率，设置于硬质合金制成的上滚压头的芯部的热电偶与PID调节器相连以实现自动感应加热及温度控制，该自动感应加热装置对上滚压头进行预热，并当温度调节器检测到预热温度达到350℃后调整变阻器达到保温功能，开始精轧强化加工；

所述的垂直定位螺钉与第一螺钉和第二螺钉轴向平行。

2.根据权利要求1所述的精轧强化双滚压头滚平加工装置，其特征是，所述的支撑体与衬套之间设有调整垫片，用于对上下滚压头轴心距离进行微调。

3.根据权利要求1所述的精轧强化双滚压头滚平加工装置，其特征是，所述的加热件为外部绕有感应线圈的空心铜管结构，其内部通过通水实现实时冷却。

4.根据权利要求1所述的精轧强化双滚压头滚平加工装置，其特征是，所述的下滚压头的外径小于上滚压头的外径2mm。

5.根据权利要求1或4所述的精轧强化双滚压头滚平加工装置，其特征是，所述的下滚压头的外径为

6.根据权利要求1至4中任一所述的精轧强化双滚压头滚平加工装置，其特征是，所述的上滚压头的表面粗糙度为Ra＝0.2μm，锥角α＝90°，下滚压头的表面粗糙度Ra＝0.1μm，锥角α＝90°。

7.一种根据上述任一权利要求所述装置的精轧强化双滚压头滚平加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将待处理的20钢的滚子零件经冷挤压冲孔后置于仪表车床的主轴上并用夹具固定；

第二步、首先将所述精轧强化双滚压头滚平加工装置安装在车床拖板上，并依次启动车床和精轧强化双滚压头滚平加工装置，合上滚压头预热装置，使上滚压头逐步靠近滚子零件的上滚子左端圆柱面；

然后用轴向调整螺钉调整上滚压头的尺寸并伸进工件表面0.1mm，下滚轮比上滚轮多伸进工件表面0.01mm，以确保沿着下滚压头所形成的表面粗糙度形状通过以满足上下滚压头的轴心水平间距；

第三步、启动装置并设置进给量S₀＝0.07mm/rpm，滚平速度v＝25.1m/min，加工深度h_s＝60～100μm，并进行精轧处理。

8.根据权利要求7所述工艺，其特征是，所述第三步为启动装置并设置进给量S₀＝0.1mm/rpm，滚平速度v＝25.1m/min，加工深度h_s＝75μM，并进行精轧处理。