CN111593180A - 一种基于摩擦热的工件表面强化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于摩擦热的工件表面强化方法及装置，涉及热处理技术领域，方法为摩擦层与样品层之间高速相对运动，从而对样品层表面进行强化；装置包括上夹具、摩擦层、固体渗碳层、下夹具和样品层；上夹具夹持摩擦层，摩擦层与固体渗碳层连接在一起；下夹具夹持样品层；上夹具在动力源的带动下相对下夹具运动。基本原理是利用摩擦起热，高速旋转的低硬度材料与固定工件利用摩擦热迅速提升表面温度至表面淬火温度；同时，在两者之间加入固体渗碳剂，进行渗碳处理。摩擦层和固体渗碳层与样品之间形成高速相对运动，样品层表面和渗碳层温度升高，加剧了表面渗碳速度，通过控制相对旋转速度，控制表面强化处温度，从而达到样品表面强化的目的。

Description

一种基于摩擦热的工件表面强化方法及装置
技术领域
本发明专利涉及热处理技术领域，具体涉及一种基于摩擦热的工件表面强化方法及装置。
背景技术
表面强化使工件表层得到高硬度的马氏体，而心部仍然保持原有的韧性。目前表面强化方法一般分为火焰加热表面强化和感应加热表面强化。火焰加热表面强化是采用乙炔—氧或煤气—氧的混合气体燃烧的火焰迅速加热工件表面后快速冷却的表面强化工艺，这种方法操作方便，成本低廉，特别适用于大型工件、单件、小批生产，但加热温度较难控制。感应加热表面强化是将工件放在通有高频电流的线圈中，利用感应电流通过工件产生热效应，使工件表层或局部迅速加热并进行快速冷却的表面强化工艺，由于加热时间短，表层组织细、性能好，感应加热表面强化生产效率高，工件表面氧化、脱碳极少，变形也小，淬硬层深度易于控制，容易实现自动化，但设备费用昂贵，适宜用于形状简单的工件大批量生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于摩擦热的工件表面强化方法及装置，本发明通过设置摩擦层、固体渗碳层和样品层，利用摩擦起热，通过摩擦层和固体渗碳层与样品之间形成高速相对运动，将表面热处理与渗碳同时进行，简化了工艺，提高了生产效率，并且有效提高了渗碳层厚度，提高了工件的耐磨性和强度，使其具有良好的机械性能，提高其使用寿命。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种基于摩擦热的工件表面强化方法，摩擦层与样品层之间高速相对运动，从而对样品层表面进行强化。
进一步的，所述摩擦层与样品层之间还设置有固体渗碳层，固体渗碳层可实现对样品层表面的渗碳。
进一步的，所述摩擦层与样品层之间相对高速旋转运动或者直线运动。
进一步的，所述固体渗碳层由固体石墨剂组成。
进一步的，所述摩擦层由摩擦耗材组成，摩擦耗材的硬度低于样品层的硬度。
进一步的，包括上夹具、摩擦层、固体渗碳层、下夹具和样品层；所述上夹具夹持摩擦层，摩擦层与固体渗碳层连接在一起；所述下夹具夹持样品层；所述上夹具在动力源的带动下相对下夹具运动。
进一步的，所述上夹具通过旋转电机驱动。
进一步的，所述上夹具上设置有上卡爪，上卡爪用来夹持摩擦层；下夹具上设置有下卡爪，下卡爪用来夹持样品层。
进一步的，所述旋转电机安装在机械手臂的一端，机械手臂的另一端安装在机架上，机架可沿滑槽滑动。
进一步的，基于摩擦热的工件表面强化装置外侧设置有保护腔。
有益效果：
1.与现有技术相比，该基于摩擦热的工件表面强化方法和装置，可利用摩擦热对工件进行表面热处理，操作简单，成本低，摩擦耗材拆卸方便，可根据工件的材质更换合适材质及硬度的摩擦耗材，其整个夹紧方式简单，具有很强的适用性，并且摩擦耗材表面嵌有固体石墨剂，在表面热处理的同时加入了渗碳处理，进一步提高了工件的综合机械性能，提高了效率，减少了工时。
2.样品层表面和渗碳层温度升高，加剧了表面渗碳速度，通过控制相对旋转速度，控制表面强化处温度，从而达到样品表面热处理的目的，经过表面强化处理，提高了工件的耐磨性和强度，使其具有良好的机械性能，提高其使用寿命。
3.高速旋转的低硬度材料与固定工件利用摩擦热迅速提升表面温度至表面淬火温度；同时，在两者之间加入固体渗碳剂，进行渗碳处理。与目前已有的表面强化方法相比，优点在于，将表面热处理与渗碳同时进行，简化了工艺，提高了生产效率，并且有效提高了渗碳层厚度，提高了工件的耐磨性和强度，使其具有良好的机械性能，提高其使用寿命。
附图说明
附图1为本发明的原理图；
附图2为本发明的整体结构示意图；
附图3为本发明的整体结构的等轴侧结构示意图；
附图4为本发明装置安装保护腔后的结构示意图。
附图标记如下：
1-机架；2-机械手臂；3-旋转电机；4-上夹具；5-摩擦耗材；6-固体渗碳剂；7-工件；8- 滑槽；9-上卡爪；10-下卡爪；11-下夹具；12-保护腔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的
本发明的基本原理是利用摩擦起热，高速旋转的低硬度材料与固定工件利用摩擦热迅速提升表面温度至表面淬火温度；同时，在两者之间加入固体渗碳剂，进行渗碳处理。由于摩擦层和固体渗碳层与样品之间形成高速相对运动，样品层表面和渗碳层温度升高，加剧了表面渗碳速度，通过控制相对旋转速度，控制表面强化处温度，从而达到样品表面热处理的目的。
本发明的优势在于利用摩擦起热，旋转头移动可控，可实现局部表面处理及针对复杂表面的热处理。与目前已有的表面强化方法相比，优点在于，将表面热处理与渗碳同时进行，简化了工艺，提高了生产效率，并且有效提高了渗碳层厚度，提高了工件的耐磨性和强度，使其具有良好的机械性能，提高其使用寿命。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合附图1为本发明原理图，结合附图1可以看出，高速旋转的摩擦耗材和固定工件分别通过夹具固定，且高速旋转的摩擦耗材与固定工件之间设置有固体石墨剂，通过高速旋转的摩擦耗材与固定工件之间的相对运动，从而实现了表面热处理与渗碳的同时进行。表面热处理和渗碳方法中的高速旋转的摩擦耗材的硬度应小于加工的工件硬度，固定工件有足够的加工余量。
上述方案中，高速旋转的低硬度材料与固定工件利用摩擦热迅速提升表面温度至表面淬火温度；同时，在两者之间加入固体渗碳剂，进行渗碳处理。由于摩擦层和固体渗碳层与样品之间形成高速相对运动，样品层表面和渗碳层温度升高，加剧了表面渗碳速度，通过控制相对旋转速度，控制了表面强化处温度。
结合附图2，一种基于摩擦热的工件表面强化装置，包括机架1，设置在机架1上用于对工件7各表面进行加工的机械手臂2，设置在所述机械手臂2头部的旋转电机3，所述旋转电机3连着用于夹持摩擦耗材5的上夹具4，所述上夹具4上设置有上卡爪9，所述上夹具4下方设置有下夹具11，所述下夹具11上设置有配合下夹具11对工件7进行夹持的下卡爪10。
结合附图3，摩擦耗材5由上夹具4配合上卡爪9固定，上夹具4连着旋转电机3，旋转电机3启动带动摩擦耗材5旋转，摩擦层4和固体渗碳层6与工件7表面之间形成了高速相对运动，由于摩擦生热，工件7表面和固体渗碳层6的温度急剧上升，加剧了工件7表面的渗碳速度，工件7表层的温度可以由旋转电机3的相对速度控制，通过摩擦生热以及渗碳处理达到对工件7表面的强化作用。
具体地，所述机械手臂下方安装在两条滑槽中，滑槽平行布置，机械手臂可沿水平滑动，滑槽与机械手臂上移动可控的旋转电机相配合，以实现对局部表面或针对复杂表面的表面强化处理。
本发明装置外部设置有保护腔12，以防止高速飞溅物，保护操作者。
具体地，摩擦耗材5的硬度应略小于加工的工件7硬度，防止工件7磨损量过大。
具体地，工件7应留有足够的加工余量，以应对加工中的摩擦损耗。
注：摩擦耗材是根据工件材质确定的，需要比工件硬度低一些，防止工件过度磨损，因为工件材质的不同，所以摩擦耗材的材质也可不同。
固体渗碳剂是指由供碳剂和催渗剂组成的，在渗碳过程中能产生活性碳原子的固体介质，供碳剂包括木炭，焦炭，石墨，骨碳等，催碳剂一般为碳酸盐(碳酸钡，碳酸钠或碳酸钾等)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于摩擦热的工件表面强化方法，其特征在于，摩擦层与样品层之间高速相对运动，从而对样品层表面进行强化。
2.根据权利要求1所述的基于摩擦热的工件表面强化方法，其特征在于，所述摩擦层与样品层之间还设置有固体渗碳层，固体渗碳层可实现对样品层表面的渗碳。
3.根据权利要求1所述的基于摩擦热的工件表面强化方法，其特征在于，所述摩擦层与样品层之间相对高速旋转运动或者直线运动。
4.根据权利要求2所述的基于摩擦热的工件表面强化方法，其特征在于，所述固体渗碳层由固体石墨剂(6)组成。
5.根据权利要求1所述的基于摩擦热的工件表面强化方法，其特征在于，所述摩擦层由摩擦耗材(5)组成，摩擦耗材(5)的硬度低于样品层的硬度。
6.用于权利要求1-5任一项所述的基于摩擦热的工件表面强化方法的装置，其特征在于，包括上夹具(4)、摩擦层、固体渗碳层、下夹具(11)和样品层；
所述上夹具(4)夹持摩擦层，摩擦层与固体渗碳层连接在一起；所述下夹具(11)夹持样品层；所述上夹具(4)在动力源的带动下相对下夹具(11)运动。
7.根据权利要求6所述的基于摩擦热的工件表面强化装置，其特征在于，所述上夹具(4)通过旋转电机(3)驱动。
8.根据权利要求6所述的基于摩擦热的工件表面强化装置，其特征在于，所述上夹具(4)上设置有上卡爪(9)，上卡爪(9)用来夹持摩擦层；下夹具(11)上设置有下卡爪(10)，下卡爪(10)用来夹持样品层。
9.根据权利要求7所述的基于摩擦热的工件表面强化装置，其特征在于，所述旋转电机(3)安装在机械手臂(2)的一端，机械手臂(2)的另一端安装在机架(1)上，机架(1)可沿滑槽(8)滑动。
10.根据权利要求6所述的基于摩擦热的工件表面强化装置，其特征在于，基于摩擦热的工件表面强化装置外侧设置有保护腔(12)。
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