CN106239033A - 一种内孔脉冲滚压工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内孔脉冲滚压工具，包括轴芯、至少一个套在轴芯上并与轴芯相对转动的保持器以及设在该轴芯两端的前盖和后盖，其中轴芯表面为非完整的圆周表面并与保持器内表面形成不连续的空间；每个保持器上活动地嵌有与空间数量相同的滚柱，每个滚柱可以在其与所在保持器表面垂直的方向上移动，从而使得其与内孔壁的接触点可以高于或不高于保持器的外表面实现间断式滚压摩擦；相邻的保持器之间设有套筒。采用本发明的技术方案，在对内孔壁进行滚压‑暂停‑滚压的连续脉冲滚压来提高粗糙度的同时还可以不断循环进行放热‑退火的热处理工艺，从而形成均匀稳定的耐磨冷硬层、光洁冷硬层，减少生产工序，提高效率和产品质量，节约了成本。

Description

一种内孔脉冲滚压工具

技术领域

本发明涉及内孔精加工机械工具领域，具体涉及一种利用脉冲间断滚压、一次成型的内孔精加工工具。

背景技术

内孔滚压加工是将高硬度且光滑的滚柱与金属表面滚压接触，使其表面层发生局部微量的塑性形变后得到改善表面粗糙度的塑性加工方法的一种，同时，还可以改变零件表面层的金相组织，形成有利于残余应力分布，提高金属表层硬度，从而提高零件的机械性能和使用寿命。这种加工方法可同时达到光整加工和强化两种目的，是磨削无法做到的。

目前市场上用于滚压非锥孔的滚压工具普遍如中国发明专利CN1935445A中公开的内孔滚压专用滚压器的结构：轴芯上设有前盖和后盖，在前盖和后盖之间设有保持架，保持架上设有若干滚针；其中后盖与保持器之间设有套筒，用于调节辊压器各组件之间的轴向间隙；套筒与保持器之间设有垫圈，通过圈盖扣住保持器端部使其连为一体。通过滚针与内孔壁的滚压摩擦实现精度的提升。

然而，使用这种滚压工具粗滚压、精滚压内孔后，还需要额外的退火或淬火以及研磨或抛光处理才能使孔的内壁达到所需要的光洁度、精度和硬度要求，从而确保零件的耐磨性。这样的精加工工艺不仅步骤繁琐复杂，设备成本高，需要花费较长的时间生产效率低，而且完成加工后的产品精度一致性可能存在差异、或者精度较差。并且在粗加工后进一步进行精加工时需要更替不同精度的滚压工具，操作较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种减少内孔滚压加工工艺，一次成型的同时还能满足零件孔壁所需的光洁度、精度和硬度要求的滚压工具。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种内孔脉冲滚压工具，包括轴芯、至少一个套在轴芯上并与轴芯相对转动的保持器以及设在该轴芯两端的前盖和后盖，其中轴芯表面为非完整的圆周表面并与保持器内表面形成不连续的空间；每个保持器上活动地嵌有与不连续空间数量相同的滚柱，每个滚柱可以在其与所在保持器表面垂直的方向上移动，从而使得其与内孔壁的接触点可以高于或不高于保持器的外表面实现间断式滚压摩擦；相邻的保持器之间设有套筒。

采用上述结构的滚压工具，保持器转动后会带动嵌在其中的滚柱一起保持转动，但同时滚柱活动地嵌在保持器中也可以保持独立旋转。由于轴芯为非圆周表面，轴芯固定不动，因此可以和套在其外的保持器形成不连续的、间断的空间。当滚柱随着保持器转动到非空间上方时，滚柱与内孔壁的接触点高于保持器的外表面，从而高速旋转对内孔壁进行滚压加工并产生巨大的摩擦力，瞬间散发高能量的摩擦热；然而下一时刻滚柱即随着保持器转动到空间的上方，由于此时滚柱下方具有空间，在内孔壁对滚柱的压力作用下滚柱与内孔壁的接触点可以移动到与保持器的外表面齐平或者低于保持器外表面的位置，此时滚柱暂停对内孔壁的滚压，受热后的内孔壁瞬间可在空气的作用下冷却发生退火从而使内孔壁的材料产生耐磨冷硬层，提高零件的机械性能。滚压-非滚压的间断式滚压处理形成连续脉冲，也使得孔内壁受热-冷却不断循环，从而使内孔壁不断地被打磨处理、不断地形成耐磨冷硬层，最终获得高光洁度、高硬度、高精度、高耐磨性和质量稳定的零件内孔。

并且，这种在滚压精加工的同时对内孔同步进行热处理的技术方案，免去了现有技术中滚压加工后再进行热处理的工艺步骤，大大提高了加工效率。甚至，高精度的处理还无需额外的进一步抛光研磨，在很大程度上节约了生产成本。

进一步的，滚柱与嵌在其所在保持器中的顶柱肖一一对应且处于同一轴线；每个滚柱后端面接触对应顶柱肖的端面。

当滚压工具推进内孔时，滚柱会受到一个与推进方向相反的摩擦力，从而使滚柱对接触的顶柱肖的端面产生挤压应力。在保持器中增加顶柱肖不仅能够使滚柱稳定转动且每个滚柱独立旋转时的速度相同，保证加工后各处指标一致性；同时由于顶柱肖的截面积较小，可以减小摩擦力降低能耗。

进一步的，空间个数为奇数，且每个保持器上的滚柱均匀分布；每个不连续的空间均匀分布。一旦空间及每个保持器上的滚柱个数为偶数，滚柱就会在直径方向上形成对称，非常容易在旋转过程中造成卡死，从而造成滚压工具的损坏。同时，均匀分布的格局保证了滚压过程中的均匀脉冲，使得内孔壁各处被摩擦和冷却的时间相同，从而使加工后内孔壁各性能均匀，具有良好的机械性能和使用寿命。

进一步的，前盖上设置万向节头，该万向节头设有用于机床的夹紧装置。通过调节万向节头，可以调节滚压工具的方向，使其能够精准地正对内孔并通过机床推入。

作为本发明的一种改进，轴芯上并排地套有两个保持器，两个保持器上各自安装直径不同的滚柱以实现不同精度的滚压加工。即使用本发明的滚压工具，即可实现粗加工和精加工，方便快捷，一次成型，无需更替不同的滚压工具。

综上所述，本发明具有的有益效果：通过保持器内表面和轴芯外表面形成均匀、不连续的空间结构，使得滚柱在滚压加工时形成连续均匀地滚压—非滚压的脉冲或是摩擦—冷却退火的脉冲，在滚压提高内孔壁粗糙度的同时同步对其进行热处理形成均匀耐磨冷硬层，一次成型精度好，无需进行额外的热处理工艺和抛光工艺，不仅提高了生产效率且降低了工艺成本；加工后的内孔壁的光洁度、硬度、强度、精度、耐磨性均显著提高，且各处性能均匀一致，大幅度地提高零件的机械性能和使用寿命；并且，与现有技术相比，本发明滚压加工还可无需更替工具即可实现粗加工和精加工，结构设计简单合理。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式的结构示意图。

图2为本发明第二种实施方式的结构示意图。

图3为本发明中保持器所在位置的截面剖视图。

图4为本发明滚柱后端面的局部放大图。

图5为发明套筒的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明脉冲滚压工具的第一种实施方式如图1和图3所示，包括轴芯1、套在轴芯1上并与轴芯1相对转动的保持器2以及设在该轴芯1两端的前盖10和后盖11，其中前盖10与保持器前端面22具有100~240微米的轴向间隙，后盖11则紧贴保持器后端面21。

保持器2上分布均匀且活动地嵌有与5个大小一致的滚柱3，滚柱3可以相对保持器2以不同的速度独立旋转，从而对内孔壁高速滚压打磨；轴芯1的外表面为非完整的圆周表面并与保持器2内表面形成均匀分布且不连续的空间6，空间6的个数与滚柱3相同，也为5个；特别的，每个空间6的大小可以保证每个滚柱能够在其与所在保持器2表面垂直的方向上移动，即滚柱3的圆心至轴芯1的圆心距离可发生变化，从而使得滚柱3与内孔壁的接触点可以高于或不高于保持器2的外表面实现间断式滚压摩擦。特别的，空间6和保持器2上的滚柱3个数为奇数，可以保证滚柱3在直径方向上的非对称性，使其能够自动调整距离从而不易在旋转滚压过程中造成卡死，并能降低制造的工艺要求。特别的，在保持器2上均匀分布的滚柱3和均匀分布的空间6以及滚柱3和空间6个数相同保证了在加工过程中内孔壁各处滚压时间和间歇时间相同，从而滚压后的内孔壁质量及性能均匀稳定一致，从而显著提高零件机械性能。

每个滚柱后端面31与保持器2之间设有100~240微米的轴向槽隙5，滚柱前端面32则紧贴保持器2，从而保证滚压工具以紧配合方式进入内孔后滚柱3自动调节后仍能保持转动，且不会造成滚柱3轴向窜动，使滚压出的工件呈波浪纹路达不到使用要求造成废品。在保持器2后端内部还设有5个顶柱肖4，每个顶柱肖4以紧配合的方式嵌在保持器2中且其中一个端面与对应的滚柱后端面31接触。当滚柱3独立旋转时，顶柱肖4与对应滚柱3处于同一轴线上，从而能够使保持器2上的每个滚柱保持转动且旋转速度相同，保证内孔壁光滑一致。并且，顶柱肖4的端面为锥台形，从而减小了其与滚柱后端面31的接触面积，有利于减小彼此的摩擦力，降低损耗和能耗。

在后盖11上还连接有一个带有夹紧装置14的万向节头13，用于调节滚压工具的方向。

本发明的工作过程：

在加工内孔前，先将本实施例中的滚压工具通过夹紧装置固定在机床，调整万向节头13使滚压工具的圆心对准内孔的圆心后再将滚压工具推入内孔中，余量为50~60微米。保持器2绕轴芯1高速旋转后，会带动嵌在其上的滚柱3同向运动。此时滚柱3处于非空间的上方即滚柱3凸出于保持器2的外表面从而与内孔壁发生摩擦，因此滚柱3以不同的转速保持独立旋转，从而对内孔壁滚压使其表面层发生局部微量的塑性形变来改善表面粗糙度；同时剧烈的摩擦使内孔壁生产大量的热量。

下一个瞬间，每个滚柱均随保持器2运动到保持器2与轴芯1形成的空间6上方，此时获得空间6的滚柱3相对较为自由，在内孔壁压力的作用下，滚柱3可以在其与轴芯1表面垂直的方向移动使得滚柱3与内孔壁的接触点不高于保持器2的外表面，即此时滚柱3无法对内孔壁进行滚压。这意味着，这个瞬间内孔中没有热量产生，并在空气介质的作用下短暂冷却退火，从而提高内孔壁的耐热度和硬度。

重复的滚压—停止、摩擦放热—冷却退火，使滚压过程中形成连续不断的脉冲，在改善内孔壁的精度、光洁度的同时，也对内孔壁进行了热处理工艺，一次成型，使内孔壁获得均匀的耐磨冷硬层。滚压加工后的内孔壁可以达到光洁度≥0.4，精度≥H6的要求。

图2示出了本发明的第二种实施方式。本发明的第二种实施方式与第一种实施方式的主要区别在于：轴芯1上并排地套有两个保持器，分别为第一保持器7和第二保持器8。其中，第二保持器上8的滚柱81的直径略高于第一保持器上7的滚柱71的直径，从而满足不同精度的加工。在两个保持器之间设有一个套筒9，该套筒9与第一保持器7和第二保持器8之间均设有100~240微米的轴向间隙，以调节两个保持器之间的轴向距离，使第一保持器7和第二保持器8正常转动。套筒9中设有5个顶滚柱12，每个顶滚柱12的两端面分别对应地和第一保持器中的顶柱肖4、第二保持器的前端面82接触，从而减小与第一保持器7或与第二保持器8的之间的摩擦力。

本实施例可以实现对内孔的粗加工和精加工，或是满足不同零件的不同内孔精度的需求。操作方面，实用性和广泛性好。

应当指出，上述描述了本发明的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明范围的前提下本发明还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种内孔脉冲滚压工具，包括轴芯、至少一个套在轴芯上并与轴芯相对转动的保持器以及设在该轴芯两端的前盖和后盖，其特征在于：

所述轴芯表面为非完整的圆周表面并与所述保持器内表面形成不连续的空间；

每个所述保持器上活动地嵌有与所述空间数量相同的滚柱，每个所述滚柱可以在其与所在保持器表面垂直的方向上移动，从而使得其与内孔壁的接触点可以高于或不高于保持器的外表面实现间断式滚压摩擦；

相邻的保持器之间设有套筒。

2.如权利要求1所述的一种内孔脉冲滚压工具，其特征在于所述滚柱与嵌在其所在保持器中的顶柱肖一一对应且处于同一轴线；每个所述滚柱的后端面接触对应顶柱肖的端面。

3.如权利要求1或2所述的一种内孔脉冲滚压工具，其特征在于所述保持器与所述滚柱的后端面具有槽隙。

4.如权利要求1所述的一种内孔脉冲滚压工具，其特征在于所述空间个数为奇数。

5.如权利要求1所述的一种内孔脉冲滚压工具，其特征在于每个所述保持器上的滚柱均匀分布；每个不连续的空间均匀分布。

6.如权利要求1所述的一种内孔脉冲滚压工具，其特征在于所述前盖上设置万向节头，该万向节头设有用于机床的夹紧装置。

7.如权利要求1所述的一种内孔脉冲滚压工具，其特征在于所述轴芯上并排地套有两个保持器，两个保持器上各自安装直径不同的滚柱以实现不同精度的滚压加工。

8.如权利要求1所述的一种内孔脉冲滚压工具，其特征在于所述套筒内设有顶滚柱。