CN202643780U - 一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及在轴类金属材料表层形成纳米梯度组织的表面处理技术，具体地来说为一种在车床上对轴类金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，该刀具是固定在车床的刀架上使用的。该刀具设有固定杆、轴、轴承及旋转轮，轴垂直设于固定杆的一侧端部，轴上通过轴承安装旋转轮。本实用新型单轮刀具在旋转的轴类金属材料表面进行滚动，同时单轮刀具沿工件做单方向轴向运动，在材料表层产生塑性变形，使工件材料表层晶粒发生晶粒细化而形成梯度纳米组织。本实用新型单轮刀具投资少，操作简单方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及在轴类金属材料表层形成纳米梯度组织的表面处理技术，具体地来说为一种在车床上对轴类金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具。
背景技术
目前，处理轴类金属材料表面形成梯度纳米结构的方法有：表面机械研磨处理方法、滚压方法、表面机械碾压方法。表面机械研磨处理方法是通过高速运动的弹丸撞击被处理材料表面，在材料表层产生强烈的塑性变形。缺点：被处理材料表面粗糙度较大。表面机械碾压方法是通过刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流变而使组织发生晶粒细化，从而提高工件表面的强度和耐磨性。缺点：加工后工件的表面光洁度还是不够好。
滚压技术加工原理：它是一种压力光整加工，是利用金属在常温状态的冷塑性特点，利用滚压刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到工件表面粗糙值降低。由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织加工硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性。滚压是一种无切削的塑性加工方法。
滚压加工技术安全、方便，能精确控制精度，几大优点：
1、提高表面粗糙度，粗糙度基本能达到Ra≤0.08μm左右。
2、修正圆度，椭圆度可≤0.01mm。
3、提高表面硬度，使受力变形消除，硬度提高HV≥40°。
4、加工后有残余应力层,提高疲劳强度提高30%。
5、提高配合质量，减少磨损，延长零件使用寿命，但零件的加工费用反而降低。
滚压方法的实施主体是滚压刀具，它是一种压力光整加工，是利用金属在常温状态的冷塑性特点，通过滚压刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到提高工件表面光洁度。缺点：现有滚压技术是不可能使工件表面形成纳米晶体结构，对提高工件的表面硬度是有限的。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的问题在于提供一种单轮刀具，解决现有滚压技术不能使工件表面形成纳米晶体结构，对提高工件的表面硬度是有限的问题。
本实用新型采用如下的技术方案：
一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，固定在车床的刀架上，该刀具设有固定杆、轴、轴承及旋转轮，轴垂直设于固定杆的一侧端部，轴上通过轴承安装旋转轮。
固定杆和轴为一体结构。
轴具有轴肩和轴体，固定杆通过轴肩与轴体连为一体，轴承套设在轴体上；
旋转轮中心部位为轴承腔和轴孔相通的结构，轴承置于轴承腔内，轴承一侧通过轴承内圈紧靠轴肩，轴承另一侧与轴承腔紧密配合；轴体的一端穿过轴孔伸至旋转轮外侧，所述轴体穿过轴孔的一端外周开有凹槽，凹槽内放置有挡圈II，轴穿过轴孔后，通过挡圈II限位旋转轮于轴体上。
旋转轮的轴承腔靠近轴肩的一侧开有直径大于轴承腔的挡圈腔，挡圈腔内设置有环形挡圈I，挡圈I与轴承外圈相对应，轴承置于轴承腔后，通过挡圈I限位轴承于轴承腔中。
旋转轮的边缘为圆弧形。
旋转轮的边缘两侧分别采用锥面向旋转轮的中部过渡，旋转轮边缘向中部过渡的锥面之间的夹角为50~70°。
旋转轮直径为30毫米-50毫米，圆弧形边缘的直径为1毫米-10毫米。
旋转轮采用可更换的淬火轴承钢旋转轮。
本实用新型具有如下的优点和技术效果：
1、本实用新型涉及滚压技术，但又区别于滚压技术。本实用新型的关键在于设计出了一种单轮刀具，在对轴类金属材料表层进行加工时，继承了滚压技术的优点，和滚压技术相比单轮刀具在加工轴类金属材料时大幅度的减小了轴类金属材料表层的晶粒尺寸，使得轴类金属材料表层的强度也显著增强。
2、本实用新型单轮刀具在旋转的轴类金属材料表面进行滚动，同时单轮刀具沿工件做单方向轴向运动，在材料表层产生塑性变形，使工件材料表层晶粒发生晶粒细化而形成梯度纳米组织，该刀具投资少、操作简单方便。
附图说明
图1为本实用新型单轮刀具的结构示意图；
图2为本实用新型单轮刀具旋转轮的结构示意图；
图3为本实用新型单轮刀具固定杆及轴的结构示意图。
图中，1固定杆；2轴；3旋转轮；4轴承；5挡圈Ⅰ；6挡圈Ⅱ；21轴体；22轴肩；23凹槽；31轴承腔；32轴孔；33挡圈腔；34外缘。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型结构进行详细地说明：
实施例1
如图1~3所示，本实用新型对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，固定在车床的刀架上使用，该刀具设有固定杆1、轴2、轴承4及旋转轮3，轴2垂直设于固定杆1的一侧端部，轴2上通过轴承4安装旋转轮3，固定杆1和轴2为一体结构（图1）。
轴2具有轴肩22和轴体21，固定杆1通过轴肩22与轴体21连为一体，轴承4套设在轴体21上（图1、图3）；
旋转轮3中心部位为轴承腔31和轴孔32相通的结构，轴承4置于轴承腔31内，轴承4一侧通过轴承内圈紧靠轴肩22，轴承4另一侧与轴承腔31紧密配合；轴体21的一端穿过轴孔32伸至旋转轮3外侧，所述轴体21穿过轴孔32的一端外周开有凹槽23，轴2穿过轴孔32后，凹槽23内放置有挡圈II6，通过挡圈II6限位旋转轮3于轴体21上（图1、图2、图3）。
旋转轮3的轴承腔31靠近轴肩22的一侧开有直径大于轴承腔31的挡圈腔33，挡圈腔33内设置有环形挡圈I5，挡圈I5配合轴承腔31防止轴承4转动时跑偏，挡圈I5与轴承外圈相对应，轴承4置于轴承腔31后，通过挡圈I5限位轴承4于轴承腔31中（图1、图2、图3）。
本实施例中，旋转轮3的边缘34为圆弧形，旋转轮的边缘两侧分别采用锥面向旋转轮的中部过渡，所述旋转轮边缘向中部过渡的锥面之间的夹角一般为50-70°，本实施例为60°（图1、图2）。
本实施例中，固定杆用于夹在车床的刀架上，材料为不锈钢；旋转轮由轴承钢经淬火制成，可以更换。旋转轮直径为30毫米-50毫米，圆弧形边缘的直径为1毫米-10毫米。
本实用新型单轮刀具是在车上加工轴类金属材料，在加工时，轴类金属材料固定在车床的卡盘上，单轮刀具固定在刀架上，单轮刀具对轴类金属材料的表面进行无切削的塑性加工。
下面详细描述一下单轮刀具对轴类金属材料表面的加工方法：
单轮刀具对轴类金属材料表面的加工是在车床上完成的。首先是将轴类金属材料固定在车床的卡盘上，然后将单轮刀具固定在刀架上，选择适合的边缘不同直径的旋转轮，通过合理的调整车床卡盘的转速、单轮刀具的进刀量、单轮刀具单方向的轴向前进速度及加工的次数等参数，冷却介质和加工润滑剂均采用润滑油循环系统实现，对轴类金属材料表面进行处理，其表面形貌与滚压技术相当，轴类金属材料表面会形成纳米梯度组织，而滚压技术仅仅获得变形组织或亚微米尺寸晶粒。
Claims (8)
1.一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，固定在车床的刀架上，其特征在于，该刀具设有固定杆、轴、轴承及旋转轮，轴垂直设于固定杆的一侧端部，轴上通过轴承安装旋转轮。
2.按照权利要求1所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，其特征在于，固定杆和轴为一体结构。
3.按照权利要求1所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，其特征在于，轴具有轴肩和轴体，固定杆通过轴肩与轴体连为一体，轴承套设在轴体上；
旋转轮中心部位为轴承腔和轴孔相通的结构，轴承置于轴承腔内，轴承一侧通过轴承内圈紧靠轴肩，轴承另一侧与轴承腔紧密配合；轴体的一端穿过轴孔伸至旋转轮外侧，所述轴体穿过轴孔的一端外周开有凹槽，凹槽内放置有挡圈II，轴穿过轴孔后，通过挡圈II限位旋转轮于轴体上。
4.按照权利要求3所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，其特征在于，旋转轮的轴承腔靠近轴肩的一侧开有直径大于轴承腔的挡圈腔，挡圈腔内设置有环形挡圈I，挡圈I与轴承外圈相对应，轴承置于轴承腔后，通过挡圈I限位轴承于轴承腔中。
5.按照权利要求1或3所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，其特征在于，旋转轮的边缘为圆弧形。
6.按照权利要求5所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，其特征在于，旋转轮的边缘两侧分别采用锥面向旋转轮的中部过渡，旋转轮边缘向中部过渡的锥面之间的夹角为50~70°。
7.按照权利要求5所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，其特征在于，旋转轮直径为30毫米-50毫米，圆弧形边缘的直径为1毫米-10毫米。
8.按照权利要求1或3所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的单轮刀具，其特征在于，旋转轮采用可更换的淬火轴承钢旋转轮。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN105441651A (zh) * | 2014-08-18 | 2016-03-30 | 中国科学院金属研究所 | 一种提高机车轮轴钢旋转弯曲疲劳性能的方法 |
| CN106346193A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-01-25 | 中车洛阳机车有限公司 | 一种圆弧滚压强化装置 |
| WO2024113522A1 (zh) * | 2022-12-02 | 2024-06-06 | 中国科学院金属研究所 | 滚动轴承套圈滚道表面机械强化装置及强化方法 |
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