[發明專利]一種機械表面強化研磨加工的方法

無效

• 申請號: 201010101390.3
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號: CN101733707A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 劉曉初;劉傳劍
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: B24C1/00
• 分類號: B24C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機械表面加工技術領域，具體涉及一種金屬工件表面強化研磨加工的方法。

背景技術

現代工業化、自動化程度的飛速發展，對機械表面質量提出了更高的要求，表面的質量好壞不僅影響到產品的外觀，而且還直接關系到產品甚至整個機械設備的壽命和可靠性，如在航空、航天裝備和國防、軍事裝備中，某個關鍵零部件的失效就可能導致整個設備不能運行，甚至造成嚴重的事故和災難。因此，機械表面強化研磨加工已成為工程機械、精密器械、醫療設備，特別是航空、航天裝備及國防、軍事裝備工業中某些關鍵零部件表面加工的必要手段。

機械零部件一般需要經過切削(包含車削、銑削、磨削等)加工才能生產出來，然而，在切削加工過程中，由于切削熱而不可避免要在機械加工表面產生變質層，可使機械加工表面層硬度下降，而且是拉應力層，易產生疲勞裂紋，從而降低機械零部件特別是關鍵滑動件(包括軸承、絲杠、導軌等)的疲勞壽命和可靠性；在一般硬切削中，機械加工表面也會出現殘余拉應力而且也難于主動控制；在采用液氮作為冷卻介質的強冷切削中，其效果依然不夠理想，且加工成本也較高；而在采用預應力硬切削方法加工中，雖然這種加工方法可以使機械加工表面產生殘余壓應力，但是這種基于機械零部件施加預應力進行切削加工的方法，有如下幾個問題難以解決：(1)特殊形狀及尺寸的工件難以進行預應力切削加工；(2)預應力的施加將使機加工件產生較大的彈塑性變形，難以提高加工精度和表面質量。

為了改善切削加工產生的殘余拉應力，提高機械零部件的疲勞壽命，目前廣泛使用的是表面強化技術，主要包括：表面覆層、表面改性和表面機械強化。前兩種方法，能明顯提高機械表面接觸疲勞壽命和耐蝕性，但存在涂層與基體結合力差，工藝尚不成熟，成本昂貴等不足；表面機械強化主要包括滾壓與噴丸強化，滾壓能在工件表面層產生殘余壓應力，但這種方法易使表面層產生過冷作硬化而變脆，反而降低疲勞壽命，噴丸強化也可使表層產生冷作硬化和殘余壓應力，但也存在使表面粗糙度加大及過冷作硬化的問題。而且，機械零部件特別是精密滑動件的疲勞裂紋大多從表面開始，殘余拉應力及表面粗糙度低是其裂紋發展的主要原因。因此，在諸如精密器械、醫療設備等工業中對表面粗糙度又有較高要求時，表面強化后的機械零部件還需要增加一道重要的表面研磨工序，甚至是需要有經驗的工程師傅進行手動研磨，不僅加工能力差，效率低，而且勞動強度大。

發明內容

本發明的目的是針對上述機械加工易產生有害的表面殘余拉應力以及現有機械表面加工技術的不足，提供了一種采用集強化、研磨于一體的新加工方法，生產出具有殘余壓應力，同時具有較佳粗糙度的機械表面的方法，以延長機械零部件的疲勞壽命。

本發明的工作原理是：利用強化研磨加工設備的高壓噴射裝置把強化研磨料噴射到隨主軸驅動裝置同步運動的金屬工件表面上，對金屬工件表面進行隨機、等概率的撞擊，一方面使金屬工件表面層發生彈塑性變形，引起強化層亞晶粒細化、位錯密度增加，晶界、亞晶界逐步模糊不清、消失，產生有利的殘余壓應力，從而達到對金屬工件表面的強化，提高其表面硬度、強度的效果；一方面強化研磨料與金屬工件的相對運動使其在工件表面上產生了微切削，隨著強化研磨料的這種作用次數的不斷增加，工件表面的微切削就趨于均勻，達到了其表面研磨的效果，得到了較佳的表面粗糙度。

本發明采用的技術方案是：一種機械表面強化研磨加工的方法，包括步驟為：

(1)提供金屬工件，并裝夾到強化研磨加工設備的主軸驅動裝置轉盤的夾具上；

(2)提供強化研磨料，并裝入強化研磨加工設備的高壓噴射裝置；

(3)利用強化研磨加工設備的高壓噴射裝置把強化研磨料噴射到轉動的金屬工件表面進行強化研磨加工。

所述的強化研磨加工設備具有一個高壓噴射裝置和一個主軸驅動裝置，其中主軸驅動裝置實現的運動同時具有周向轉動和軸向往復運動。

所述的強化研磨料是由混合鋼珠、強化液和研磨粉組成，其重量百分配比為：

混合鋼珠??????65～75％

強化液????????15～25％

研磨粉????????5～10％

所述的轉動的金屬工件，其轉動是由強化研磨加工設備的主軸驅動裝置驅動的。

經過強化研磨加工后，金屬工件表面具有殘余壓應力為-750～-1500MPa。

經過強化研磨加工后，金屬工件表面質量為V0.8～V0.4。

本發明的有益效果是，采用本發明方法加工機械零部件，提高金屬加工件表面硬度的同時也有效的提高了其表面質量，延長了其疲勞壽命。