CN114986261A - 回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，包括如下步骤：通过喷涂设备对回转曲面零件的外球面处喷涂硬质合金涂层；通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行半精密数控硬车加工，得到回转曲面的初步轮廓；通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行精密数控硬车加工；采用研磨工艺对回转曲面零件的球形差进行修整；采用研磨工艺对回转曲面零件的表面粗糙度进行修整；采用镜面抛光工艺对回转曲面零件的表面进行抛光，使回转曲面零件的表面达到镜面效果。本发明通过以车代磨的方式，可避免磨削过程砂轮反复修整，大大缩短零件加工时长，提高生产效率，降低耗材及零件制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及合金加工技术领域，具体地，涉及回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，尤其是关节轴承回转球面的硬质合金涂层的超精加工方法。
背景技术
在向心关节轴承中，随着轴承摩擦磨损寿命要求的不断提高，工作面的耐磨性能也不断严苛。轴承设计选用硬质合金涂层以提高工作面耐磨性，而该涂层有非常高的表面硬度，且轴承为回转结构，传统的磨削加工方式需要反复修整砂轮，加工效率极低、砂轮损耗块、制造成本高，而电解磨削加工等特种加工方式，其设备造价昂贵、工艺控制难度大。因此，传统的硬质合金加工方法在回转结构的轴承上适用性不强。
公开号为CN110527965A的专利文献公开了一种用于回转体表面涂层制备的加工装置及方法，该装置包括真空室，电子枪装置和回转体零件；电子枪装置包括枪体外壳，顶盖，环形阴极，锥面阳极，带磁轭外壳和聚焦线圈。但是该专利文献仍然存在加工效率极低、工艺控制难度大的缺点，且与本申请的技术方案不同。
公开号为CN113718245A的专利文献公开了一种回转件的高硬度熔覆涂层制备方法，包括以下步骤：1)将回转件固定在回转工作台上，回转件表面预置了一层合金或合金陶瓷复合粉末层；2)开启感应加热装置，使得位于感应加热圈中的回转件被感应加热，其表面的合金或合金陶瓷复合粉末层发生熔融，凝固后形成与基体结合的涂层；3)在回转件起始已熔覆端的凝固部分自行缠绕石棉绳；4)回转件表面的涂层熔覆完毕后，关闭感应加热装置；5)回转件继续旋转，直至熔覆层表面的石棉绳保温层缠绕完毕；6)将表面缠绕了完整石棉绳层的回转件放入保温炉中保温，缓慢炉冷至室温。但是该专利文献与本申请的技术方案完全不同。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法。
根据本发明提供的一种回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法包括如下步骤：
步骤1：硬质合金喷涂，通过喷涂设备对回转曲面零件的外球面处喷涂硬质合金涂层；
步骤2：半精密数控硬车加工，通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行半精密数控硬车加工，得到回转曲面的初步轮廓；
步骤3：精密数控硬车加工，通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行精密数控硬车加工；
步骤4：粗研加工，采用研磨工艺对回转曲面零件的球形差进行修整；
步骤5：精研加工，采用研磨工艺对回转曲面零件的表面粗糙度进行修整；
步骤6：镜面抛光，采用镜面抛光工艺对回转曲面零件的表面进行抛光，使回转曲面零件的表面达到镜面效果。
优选的，所述步骤1中，采用超音速火焰喷涂的方法对回转曲面零件的外球面处喷涂WC-Co涂层；
所述WC-Co涂层中的Co含量为5％～25％，喷涂后涂层硬度为800～1500HV0.3，涂层孔隙率≤5％，涂层与基体结合强度≥40MPa，涂层表面粗糙度为Ra3.2以上。
优选的，所述步骤2中，数控硬车加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.008mm，球面对称度不超过0.05mm，球形差不超过0.015mm，表面粗糙度不超过Ra1.0。
优选的，所述步骤3中，加工余量不超过0.05mm，数控硬车加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.005mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.012mm，表面粗糙度不超过Ra0.5。
优选的，所述步骤4中，加工余量不超过0.02mm，研磨加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.4；
所述步骤5中，加工余量不超过0.01mm，研磨加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.2；
所述步骤6中，抛光加工后的回转曲面零件的外球面的表面粗糙度不超过Ra0.03。
优选的，所述步骤2和步骤3中，所述硬车设备采用静压主轴和大理石床身。
优选的，所述步骤2和步骤3中，所述硬车设备的车削刀具为PCBN刀具，所述车削刀具的结合材为Co化合物，硬度≥40GPa。
优选的，所述步骤2和步骤3中，所述硬车设备的切削线速度为100～200m/min，进给量为0.01～0.1mm/r，背吃刀量为0.01～0.1mm。
优选的，所述步骤4和所述步骤5中，所述研磨工艺均采用范成法加工，采用磨料为绿色碳化硅磨料。
优选的，所述步骤6中，所述镜面抛光工艺采用范成法加工，采用磨料为金刚石抛光剂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过以车代磨的方式，可避免磨削过程砂轮反复修整，大大缩短零件加工时长，提高生产效率，降低耗材及零件制造成本；
2、本发明通过粗研球面、精研球面和镜面抛光等加工步骤，对回转曲面硬质合金涂层零件进行超精加工，可达到0.003mm以内的曲面椭圆度和Ra0.03以下的表面粗糙度要求；
3、本发明通过采用精密超精加工的手段去除大部分加工余量并确保一定的加工精度基础上，结合研磨加工和镜面抛光等技术进一步提高球形差和表面粗糙度，使工作面达到镜面效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，包括如下步骤：
步骤1：硬质合金喷涂，通过喷涂设备对回转曲面零件的外球面处喷涂硬质合金涂层；采用超音速火焰喷涂的方法对回转曲面零件的外球面处喷涂WC-Co涂层，WC-Co涂层中的Co含量为5％～25％，喷涂后涂层硬度为800～1500HV0.3，涂层孔隙率≤5％，涂层与基体结合强度≥40MPa，涂层表面粗糙度为Ra3.2以上；
步骤2：半精密数控硬车加工，通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行半精密数控硬车加工，得到回转曲面的初步轮廓；数控硬车加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.008mm，球面对称度不超过0.05mm，球形差不超过0.015mm，表面粗糙度不超过Ra1.0；硬车设备采用静压主轴和大理石床身，硬车设备的车削刀具为PCBN刀具，车削刀具的结合材为Co化合物，硬度≥40GPa，硬车设备的切削线速度为100～200m/min，进给量为0.01～0.1mm/r，背吃刀量为0.01～0.1mm。
步骤3：精密数控硬车加工，通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行精密数控硬车加工；加工余量不超过0.05mm，数控硬车加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.005mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.012mm，表面粗糙度不超过Ra0.5；硬车设备采用静压主轴和大理石床身，硬车设备的车削刀具为PCBN刀具，车削刀具的结合材为Co化合物，硬度≥40GPa，硬车设备的切削线速度为100～200m/min，进给量为0.01～0.1mm/r，背吃刀量为0.01～0.1mm。
步骤4：粗研加工，采用研磨工艺对回转曲面零件的球形差进行修整；加工余量不超过0.02mm，研磨加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.4；研磨工艺采用范成法加工，采用磨料为绿色碳化硅磨料。
步骤5：精研加工，采用研磨工艺对回转曲面零件的表面粗糙度进行修整；加工余量不超过0.01mm，研磨加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.2；研磨工艺均采用范成法加工，采用磨料为绿色碳化硅磨料。
步骤6：镜面抛光，采用镜面抛光工艺对回转曲面零件的表面进行抛光，使回转曲面零件的表面达到镜面效果；抛光加工后的回转曲面零件的外球面的表面粗糙度不超过Ra0.03；镜面抛光工艺采用范成法加工，采用磨料为金刚石抛光剂。
实施例2：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
本实施例提供一种回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，包括精密数控硬车加工、粗研球面、精研球面、镜面抛光等步骤，使硬质合金涂层可更高效、低成本地获得所需精度要求，具体包括如下步骤：
步骤A：硬质合金喷涂，采用超音速火焰喷涂等方法对回转曲面零件的外球面处喷涂WC-Co涂层；
步骤B：精密数控硬车加工(半精车)，对回转曲面零件的外球面进行精密数控硬车加工，得到回转曲面的初步轮廓，数控加工后的球面椭圆度不超过0.008mm，球面对称度不超过0.05mm，球形差不超过0.015mm，表面粗糙度不超过Ra1.0；
步骤C：精密数控硬车加工(精车)，对回转曲面零件的外球面进行精密数控硬车加工，加工余量不超过0.05mm，数控加工后的球面椭圆度不超过0.005mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.012mm，表面粗糙度不超过Ra0.5；
步骤D：粗研加工，对回转曲面零件的球形差进行修整，加工余量不超过0.02mm，球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.4；
步骤E：精研加工，对回转曲面零件的表面粗糙度进行修整，加工余量不超过0.01mm，球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.2；
步骤F：镜面抛光，使回转曲面零件的表面达到镜面效果，表面粗糙度Ra不超过0.03。
步骤A中，WC-Co涂层中的Co含量可为5％～25％不等，喷涂后涂层硬度为800～1500HV0.3，涂层孔隙率≤5％，涂层与基体结合强度≥40MPa，涂层表面粗糙度为Ra3.2以上。
步骤B和步骤C中：硬车设备需采用静压主轴和大理石床身以抵抗硬车过程中产生的震动，提供机床刚性；所用车削刀具为PCBN刀具，其结合材为Co化合物，硬度≥40GPa；切削线速度为100～200m/min，进给量为0.01～0.1mm/r，背吃刀量为0.01～0.1mm。
步骤D和步骤E中，研磨工艺均采用范成法加工，采用磨料为绿色碳化硅磨料，可显著改善球面的球形差。步骤F中，镜面抛光亦采用范成法加工，采用磨料为金刚石抛光剂，可显著提高球面粗糙度。
本发明通过以车代磨的方式，可避免磨削过程砂轮反复修整，大大缩短零件加工时长，提高生产效率，降低耗材及零件制造成本。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：硬质合金喷涂，通过喷涂设备对回转曲面零件的外球面处喷涂硬质合金涂层；
步骤2：半精密数控硬车加工，通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行半精密数控硬车加工，得到回转曲面的初步轮廓；
步骤3：精密数控硬车加工，通过硬车设备对回转曲面零件的外球面进行精密数控硬车加工；
步骤4：粗研加工，采用研磨工艺对回转曲面零件的球形差进行修整；
步骤5：精研加工，采用研磨工艺对回转曲面零件的表面粗糙度进行修整；
步骤6：镜面抛光，采用镜面抛光工艺对回转曲面零件的表面进行抛光，使回转曲面零件的表面达到镜面效果。
2.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤1中，采用超音速火焰喷涂的方法对回转曲面零件的外球面处喷涂WC-Co涂层；
所述WC-Co涂层中的Co含量为5％～25％，喷涂后涂层硬度为800～1500HV0.3，涂层孔隙率≤5％，涂层与基体结合强度≥40MPa，涂层表面粗糙度为Ra3.2以上。
3.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤2中，数控硬车加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.008mm，球面对称度不超过0.05mm，球形差不超过0.015mm，表面粗糙度不超过Ra1.0。
4.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤3中，加工余量不超过0.05mm，数控硬车加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.005mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.012mm，表面粗糙度不超过Ra0.5。
5.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤4中，加工余量不超过0.02mm，研磨加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.4；
所述步骤5中，加工余量不超过0.01mm，研磨加工后的回转曲面零件的外球面的球面椭圆度不超过0.004mm，球面对称度不超过0.03mm，球形差不超过0.005mm，表面粗糙度不超过Ra0.2；
所述步骤6中，抛光加工后的回转曲面零件的外球面的表面粗糙度不超过Ra0.03。
6.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中，所述硬车设备采用静压主轴和大理石床身。
7.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中，所述硬车设备的车削刀具为PCBN刀具，所述车削刀具的结合材为Co化合物，硬度≥40GPa。
8.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中，所述硬车设备的切削线速度为100～200m/min，进给量为0.01～0.1mm/r，背吃刀量为0.01～0.1mm。
9.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤4和所述步骤5中，所述研磨工艺均采用范成法加工，采用磨料为绿色碳化硅磨料。
10.根据权利要求1所述的回转曲面硬质合金涂层的超精加工方法，其特征在于，所述步骤6中，所述镜面抛光工艺采用范成法加工，采用磨料为金刚石抛光剂。
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