[發明專利]一種軸類零件的預應力車削方法及裝置

有效

• 申請號: 201210068123.X
• 申請日: 2012-03-15
• 公開（公告）號: CN102615291A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 彭銳濤;譚援強;唐新姿;廖妙;張成
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;B23B5/08;B23Q3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種軸類零件的預應力車削方法及裝置。

背景技術

現代制造裝備業對齒輪軸、傳動軸以及螺紋軸等軸類零件的可靠性和使用壽命的要求越來越高，這些零件大都承受著復雜交變應力的作用，有些還處于沖擊、振動和嚴重腐蝕性環境中工作，在實踐應用中常發現其表面和螺紋部分萌生疲勞裂紋，進而導致零件疲勞失效而造成嚴重的事故。一般認為，殘余應力對金屬零構件的疲勞強度有決定性的意義，當零件表面分布殘余壓應力時，能有效提高其疲勞強度及壽命；反之若分布殘余拉應力，則明顯降低其疲勞強度及壽命。殘余應力也是零件遭受應力腐蝕破壞的重要因素，表面壓應力有利于提高零件的抗應力腐蝕能力，表面拉應力則促成應力腐蝕。為了獲得殘余壓應力分布并消除殘余拉應力的不利影響，軸類零件在實際使用前常常進行表面殘余應力的調控。從調控工序時間上來看，目前調整殘余應力的方法主要分為兩類：一類是切削加工后通過表面壓延或增加表面密度等方法來控制，如噴丸、滾壓和滲碳滲氮以及表面涂層等，這些方法除了成本昂貴使得中小型企業往往難以承擔，以及一些零件(如螺紋軸)無法實施外，還可能引起額外的表面硬化，降低零件的沖擊韌性；另一類是在切削加工的過程中進行控制，包括采用強冷低溫切削、微量潤滑切削等方法，以及優化切削參數和刀具形狀，然而前者同樣需要昂貴的專用設備，后者由于影響加工表面殘余應力的因素多而復雜，僅考慮調整加工參數難以穩定控制加工表面的殘余應力。預應力切削方法是一種在金屬切削加工過程中主動控制殘余應力的有效方法，采用預應力切削加工方法，使得零件已加工表面分布合適的殘余壓應力，從而有效抑制其疲勞裂紋的產生和提高零件的疲勞強度。基于以上優點，預應力切削方法已成功地應用在環類零件的磨削和框架零件的銑削等加工中，取得了良好的效果。軸類零件由于既需保證車削過程的回轉運動，同時又要對零件施加拉伸作用的預應力，目前還沒有軸類零件的預應力車削裝置或技術手段出現，人們往往改為在切削加工后選擇較為復雜和昂貴的殘余應力調整工序，極大地限制了生產效率，也影響了預應力切削方法的推廣應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種軸類零件的預應力車削方法及裝置。

本發明的技術方案是，一種軸類零件的預應力車削方法，步驟如下：

(1)首先，確認被加工軸類零件材料的彈性極限強度；

(2)然后，在預應力車削裝置上對軸類零件施加軸向的拉伸應力，確保加載后零件材料仍處于彈性狀態；

(3)其次，測量軸類零件在加載預應力前后的尺寸變化量，并在背吃刀量中補償該尺寸變化量；

(4)接著，在保持該拉伸應力的條件下，將帶有預應力車削裝置的軸類零件置于機床上進行車削加工；

(5)再次，在車削加工完畢后，將帶有預應力車削裝置的軸類零件置于機床上完全冷卻至常溫狀態；

(6)最后，將帶有預應力車削裝置的軸類零件從機床上拆卸，再將軸類零件從預應力車削裝置上取下。

對軸類零件預先施加的軸向拉伸應力值小于軸類零件材料的彈性極限強度，施加的拉伸應力大小和方向保持不變。

在軸類零件的切削用量中補償由于加載預應力帶來的零件尺寸變化量。

一種軸類零件的預應力車削裝置，支承座的一端通過連接座軸承裝有連接座，連接座為階梯軸，連接座軸承裝在連接座的小軸上，在連接座的小軸端面有連接座內螺紋孔；在支承座的另一端通過聯接軸軸承裝有聯接軸，聯接軸為階梯軸，聯接軸大軸端內面有聯接軸內螺紋孔，小聯接軸的小軸為外螺紋軸，施力螺母通過墊圈裝在聯接軸小軸上，墊圈的另一面壓在聯接軸軸承上，聯接軸小軸端面有頂尖孔。

本發明具有如下的技術效果：1、實現了軸類零件的預應力車削加工，推廣了預應力切削方法的應用范圍；2、工藝簡單，在車削加工中就達到主動控制和調整軸類零件已加工表面殘余應力的目的，省去加工后續較為復雜和昂貴的殘余應力調整工序，降低了加工成本，提高了生產效率；3、通過調整預應力的大小，可以將軸類零件包括螺紋軸的表面殘余應力主動控制在一定范圍內，這是其他殘余應力調整方法難以辦到的；4、在預應力車削后，軸類零件已加工表面除了存在合適的殘余壓應力外，不會帶來額外的硬化和織構化等變化，這對于承受沖擊載荷的工件來說是很有利的，也是其他殘余應力調整方法難以辦到的；5、預拉應力引起的變形可以容易地在切削用量中進行補償，而其他殘余應力調整方法引起工件的變形是需要額外的標定補償或者難以補償消除的。

附圖說明

圖1是本發明一種軸類零件的預應力車削裝置結構示意圖。