CN207552382U - 一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及轴类金属材料的表面处理技术，具体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测力装置。该装置是固定在车床的刀架上使用的，是由五部分组成：第一部分是固定架，固定架的一端固定在车床的刀架上，固定架的另一端通过螺杆和压力传感器连接。第二部分是压力传感器。第三部分是连接杆，用来连接压力传感器和加工刀具。第四部分是加工刀具。第五部分是显示器，用来显示加工刀具作用在加工样品上的力。本实用新型测力装置是通过刀具上的硬质合金球在旋转的轴类金属材料表面进行碾压、滚压，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，在以上过程中实时的读出施加的力。
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测力装置。
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：滚压方法、表面机械碾压方法。SMGT(表面机械碾压)和SMRT(表面机械滚压)刀具固定在机床的刀架上，通过机床上的刀架来驱动SMGT(表面机械碾压)和SMRT(表面机械滚压)刀具，对工件表面实施步进加力，每次步进20μm或30μm或40μm或50μm，根据金属样品的硬度情况，可分为2次步进或3次步进或4次步进或5次步进直至12次步进，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。其不足之处在于：每次步进加力是通过位移来实现，但是每次步进的位移需要多少力是不知道的。
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对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，每次步进需要多大力，也就是说用力取代每次步进的量，这样就更加定量化，知道使用多大的力最终可以实现纳米梯度结构，在产业化方面更利于推广。
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测力装置，该装置固定在车床的刀架上，由固定架、压力传感器、连接杆、加工刀具和显示器五部分组成：固定架的一端固定在车床的刀架上，固定架的另一端通过螺杆和压力传感器连接，连接杆用来连接压力传感器和加工刀具，显示器与压力传感器的输出端连接，用来显示加工刀具作用在加工样品上的力。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，加工刀具为表面机械碾压刀具或表面机械滚压刀具。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，固定架为两个金属块垂直活动连接结构，其中一个金属块为条形金属块，另一金属块为侧面开设螺孔的方形金属块，固定架通过条形金属块与车床的刀架连接，固定架通过螺杆穿过所述螺孔与压力传感器一端的螺纹孔连接。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，连接杆为一端带有螺杆、另一端带有方孔的结构，连接杆通过螺杆与压力传感器一端的螺纹孔连接，连接杆通过方孔与加工刀具的夹持端配合连接。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，方孔为活动压板Ⅰ、活动压板Ⅱ、固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ围成，与连接杆本体一体的固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ相对设置，活动压板Ⅰ、活动压板Ⅱ相对设置，活动压板Ⅰ、活动压板Ⅱ的一端与连接杆本体靠接；活动压板Ⅰ通过螺栓Ⅰ与固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ的一端连接，活动压板Ⅰ的中部穿设螺栓Ⅱ，所述螺栓Ⅱ穿过活动压板Ⅰ的中部与伸入所述方孔中加工刀具的夹持端一侧紧固连接；同样，活动压板Ⅱ通过螺栓与固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ的另一端连接，活动压板Ⅱ的中部穿设螺栓，所述螺栓穿过下压板的中部与伸入所述方孔中加工刀具的夹持端另一侧紧固连接。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，连接杆与加工刀具连接处的壁厚为10～15mm。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，该装置是通过加工刀具上的硬质合金球在旋转的轴类金属材料表面进行碾压或滚压，在金属材料表层产生塑性变形，使金属材料表层晶粒发生晶粒细化而形成梯度纳米组织，测力装置实时的读出施加的力。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，固定架的设计保证压力传感器和受力方向在一条线上。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，固定架和连接杆的设计保证表面机械碾压刀具或表面机械滚压刀具的刀头在加工时，位于金属棒状样品的轴线上。
所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，显示器为抗电磁场干扰的显示器，其显示精度为±0.1公斤。
本实用新型具有如下的优点和技术效果：
1、现有表面机械碾压(SMGT)和表面机械滚压(SMRT)是通过刀具对工件表面实施步进加力，但是不知道每次步进的受力情况，样品表面受多少公斤力，在加工样品时不能定量化，使得在推广SMGT(表面机械碾压)和SMRT(表面机械滚压)技术上带来很大的困难。本实用新型为SMGT(表面机械碾压)、SMRT(表面机械滚压)技术设计一套压力测示装置，该测力装置是通过刀具上的硬质合金球在旋转的轴类金属材料表面进行碾压、滚压，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，在以上过程中实时的读出施加的力。
2、本实用新型在车床上用表面机械碾压或表面机械滚压技术对轴类金属材料表层进行处理，将用步进方式加力转化为力的方式(力的单位：公斤)，该测力装置投资少，操作简单方便。
附图说明
图1为本实用新型固定架结构示意图。
图2为本实用新型压力传感器结构示意图。
图3为本实用新型连接杆结构示意图。
图4为本实用新型加工刀具结构示意图。
图5为本实用新型测力装置结构示意图。
图中，1固定架；11条形金属块；12方形金属块；13螺杆Ⅰ；2压力传感器；21螺纹孔Ⅰ；22螺纹孔Ⅱ；3连接杆；31螺杆Ⅱ；32方孔；33连接杆本体；34活动压板Ⅰ；35螺栓Ⅰ；36螺栓Ⅱ；37活动压板Ⅱ；38固定压板Ⅰ；39固定压板Ⅱ；4加工刀具；41夹持端；42刀头；5显示器。
具体实施方式
本实用新型中，表面机械碾压技术(SMGT)参见中国发明专利申请：一种提高机车轮轴钢旋转弯曲疲劳性能的方法，公开号CN 105441651A；表面机械滚压技术(SMRT)参见中国发明专利申请：一种在奥氏体不锈钢上形成梯度纳米结构表层并控制其中马氏体含量的方法，公开号CN106319177A。
在具体实施过程中，本实用新型是在SMGT(表面机械碾压)、SMRT(表面机械滚压)技术的基础上增加一个测力装置，使在加工过程中实时的可以观察到样品的受力情况。如图1-图5所示，该装置是固定在车床的刀架上使用的，是由五部分组成。第一部分是固定架1，固定架1的一端固定在车床的刀架上，固定架1的另一端通过螺杆Ⅰ13和压力传感器2连接。第二部分是压力传感器2。第三部分是连接杆3，用来连接压力传感器2和SMGT(表面机械碾压)或SMRT(表面机械滚压)加工刀具4。第四部分是加工刀具4。第五部分是显示器5，用来显示加工刀具4作用在加工样品上的力。本实用新型测力装置是通过加工刀具4上的硬质合金球在旋转的轴类金属材料表面进行碾压、滚压，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，在以上过程中实时的读出施加的力。
本实用新型中，固定架1为两个金属块垂直活动连接结构，其中一个金属块为条形金属块11，另一金属块为侧面开设螺孔的方形金属块12，固定架1通过条形金属块11与车床的刀架连接，固定架1通过螺杆Ⅰ13穿过所述螺孔与压力传感器2一端的螺纹孔Ⅰ21连接。连接杆3为一端带有螺杆Ⅱ31、另一端带有方孔32的结构，连接杆3通过螺杆Ⅱ31与压力传感器2另一端的螺纹孔Ⅱ22连接，连接杆3通过方孔32与加工刀具4的夹持端41配合连接。方孔32为活动压板Ⅰ34、活动压板Ⅱ37、固定压板Ⅰ38、固定压板Ⅱ39围成，与连接杆本体33一体的固定压板Ⅰ38、固定压板Ⅱ39相对设置，活动压板Ⅰ34、活动压板Ⅱ37相对设置，活动压板Ⅰ34、活动压板Ⅱ37的一端与连接杆本体33靠接。活动压板Ⅰ34通过螺栓Ⅰ35与固定压板Ⅰ38、固定压板Ⅱ39的一端连接，活动压板Ⅰ34的中部穿设螺栓Ⅱ36，所述螺栓Ⅱ36穿过活动压板Ⅰ34的中部与伸入所述方孔32中加工刀具4的夹持端41一侧紧固连接。同样，活动压板Ⅱ37通过螺栓与固定压板Ⅰ38、固定压板Ⅱ39的另一端连接，活动压板Ⅱ37的中部穿设螺栓，所述螺栓穿过下压板37的中部与伸入所述方孔32中加工刀具4的夹持端41另一侧紧固连接。
在装卡时，压力传感器2不能直接装卡在车床的刀架上，在装卡过程中，压力传感器2不能直接受力，如果受力会影响压力传感器2真实数值，基于以上原因研制一个固定架1(图1)，将压力传感器2(图2)固定在固定架1上，保证压力传感器2的应变片不受力，在用SMGT(表面机械碾压)、SMRT(表面机械滚压)技术做样品时，显示的压力值是准确的。
为了保证压力测量值的准确性，在设计压力测示装置即测力装置(图5)时，设计的固定架1(图1)将压力传感器2(图2)设计在受力线上，这样可以测得实时的压力值，确保压力值的准确。
为了确保SMGT(表面机械碾压)、SMRT(表面机械滚压)刀头42在车床加工时位于轴类样品的轴线上，设计测力装置(图5)实现SMGT(表面机械碾压)、SMRT(表面机械滚压)刀头42在车床加工时位于轴类样品的轴线上。
连接杆3(图3)是用来连接压力传感器2(图2)和SMGT刀具或SMRT刀具(图4)，要保证压力传感器2(图2)和SMGT、SMRT刀具(图4)在一个轴线上。
力的测量是由SMGT刀具或SMRT刀具通过连接杆3(图3)传递到压力传感器2(图2)，经由显示器5读到。
为了保证测力装置(图5)的强度，固定架1(图1)和连接杆3(图3)用的材料为45号钢。
固定架1(图1)在用SMGT、SMRT方法加工样品过程中不能变形，压力传感器2(图2)通过螺杆Ⅰ13固定在固定架1(图1)上，压力传感器2(图2)和SMGT刀具或SMRT刀具通过连接杆3(图3)连接，保证压力传感器2(图2)在SMGT、SMRT加工的受力线上。
为了保证连接杆3(图3)的强度，连接杆3(图3)和SMGT刀具或SMRT刀具连接处的壁厚为10mm。
固定架1的设计保证压力传感器2(图2)在SMGT、SMRT加工的受力线上，同时还要保证SMGT刀头42或SMRT刀头42正对轴类样品的轴线上。压力传感器2的范围0～100公斤，显示器5的精度为±0.1公斤。
Claims (10)
1.一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，其特征在于，该装置固定在车床的刀架上，由固定架、压力传感器、连接杆、加工刀具和显示器五部分组成：固定架的一端固定在车床的刀架上，固定架的另一端通过螺杆和压力传感器连接，连接杆用来连接压力传感器和加工刀具，显示器与压力传感器的输出端连接，用来显示加工刀具作用在加工样品上的力。
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测力装置，其特征在于，加工刀具为表面机械碾压刀具或表面机械滚压刀具。
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测力装置，其特征在于，固定架为两个金属块垂直活动连接结构，其中一个金属块为条形金属块，另一金属块为侧面开设螺孔的方形金属块，固定架通过条形金属块与车床的刀架连接，固定架通过螺杆穿过所述螺孔与压力传感器一端的螺纹孔连接。
4.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测力装置，其特征在于，连接杆为一端带有螺杆、另一端带有方孔的结构，连接杆通过螺杆与压力传感器一端的螺纹孔连接，连接杆通过方孔与加工刀具的夹持端配合连接。
5.按照权利要求4所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，其特征在于，方孔为活动压板Ⅰ、活动压板Ⅱ、固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ围成，与连接杆本体一体的固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ相对设置，活动压板Ⅰ、活动压板Ⅱ相对设置，活动压板Ⅰ、活动压板Ⅱ的一端与连接杆本体靠接；活动压板Ⅰ通过螺栓Ⅰ与固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ的一端连接，活动压板Ⅰ的中部穿设螺栓Ⅱ，所述螺栓Ⅱ穿过活动压板Ⅰ的中部与伸入所述方孔中加工刀具的夹持端一侧紧固连接；同样，活动压板Ⅱ通过螺栓与固定压板Ⅰ、固定压板Ⅱ的另一端连接，活动压板Ⅱ的中部穿设螺栓，所述螺栓穿过下压板的中部与伸入所述方孔中加工刀具的夹持端另一侧紧固连接。
6.按照权利要求4所述的对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装置，其特征在于，连接杆与加工刀具连接处的壁厚为10～15mm。
7.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测力装置，其特征在于，该装置是通过加工刀具上的硬质合金球在旋转的轴类金属材料表面进行碾压或滚压，在金属材料表层产生塑性变形，使金属材料表层晶粒发生晶粒细化而形成梯度纳米组织，测力装置实时的读出施加的力。
8.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测力装置，其特征在于，固定架的设计保证压力传感器和受力方向在一条线上。
9.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测力装置，其特征在于，固定架和连接杆的设计保证表面机械碾压刀具或表面机械滚压刀具的刀头在加工时，位于金属棒状样品的轴线上。
10.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测力装置，其特征在于，显示器为抗电磁场干扰的显示器，其显示精度为±0.1公斤。
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