[發明專利]一種實現工件表面納米化的加工裝置和曲軸器件表面梯度納米化的加工方法

在審

• 申請號: 202010743329.2
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111992746A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 張偉華;吳成義;李秀艷;盧柯;謝世龍;王鎮波
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B23B27/16
• 分類號: B23B27/16;B23B29/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種實現工件表面納米化的加工裝置和曲軸器件表面梯度納米化的加工方法，屬于金屬材料表面強化技術領域。該加工裝置包括刀柄、可旋轉支撐刀架、表面納米化加工刀頭和球形加工滾珠，其中：所述可旋轉支撐刀架設置在刀柄的加工端，所述可旋轉支撐刀架能夠旋轉；所述納米化加工刀頭固定在可旋轉支撐刀架上，所述球形加工滾珠設置于納米化加工刀頭上，且球形加工滾珠能夠自由滾動。球形加工滾珠不需要額外的保護罩保持，從而避免加工系統與曲軸器件的干涉。通過表面納米化工藝參數的優化可在曲軸表面獲得表面納米組織結構層。

技術領域

本發明涉及金屬材料表面強化技術領域，具體涉及一種實現表面納米化的加工裝置和方法，尤其涉及一種實現工件表面納米化的加工裝置和曲軸器件表面梯度納米化的加工方法。

背景技術

發動機工作時，曲軸承受較大的交變彎曲應力和扭轉應力，且應力分布極不均勻，容易產生疲勞裂紋，導致疲勞斷裂的發生。曲軸的連桿軸頸與曲柄的過渡圓角處應力集中程度最為嚴重，它們往往是疲勞裂紋的起裂源?，F行提高曲軸性能的方法主要采用氮化、中頻淬火、圓角滾壓技術。但是，氮化作為一種對環境有影響的技術制約了其大規模的應用；中頻淬火在曲軸行業中普遍采用，但是淬火工藝不易控制，淬硬層容易開裂，并且淬火曲軸易產生較大的變形；圓角滾壓雖然能提高球墨鑄鐵曲軸的疲勞性能，但是其對于鍛鋼等材質的曲軸強化效果有限，往往達不到設計要求，并且圓角滾壓技術得到的表層殘余壓應力在曲軸服役過程中容易釋放，大幅度降低了強化效果。

針對上述問題，考慮曲軸材料的表面可控復合強化技術。它是將熱處理(調質處理或中頻淬火+低溫回火處理)與表面機械滾壓納米化處理(SMRT)相結合，對曲軸材料(如42CrMoA合金鋼)進行表面可控復合強化處理，制備出表面梯度納米結構層以對曲軸材料進行強化。

然而，針對曲軸實體器件以及其他工業加工器件的特殊結構及尺寸，尤其是曲軸器件的連桿軸圓角及主軸圓角部位、曲柄臂立面等具有復雜的曲面結構，可操作空間有限，進行表面納米化時受到很大的局限性?，F有的加工技術如圓角滾壓技術，是采用滾壓頭的滾輪隨動式對圓角進行滾壓，預置殘余壓應力層，但是達不到表面納米化效果，不能產生表面梯度納米結構層。而常規實現簡單圓棒材料表面納米化的加工系統結構較為簡單(如專利ZL201510776845.4)，如果對曲軸實體器件尤其是圓角等部位進行加工處理時，加工系統會與曲軸圓角周邊的結構發生干涉，不能實現曲軸器件尤其是圓角、曲柄臂立面等部位的表面納米化處理。因此，如何進行曲軸實體器件的表面納米化處理是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種實現工件表面納米化的加工裝置和曲軸器件表面梯度納米化的加工方法，可實現器件的表面納米化，并獲得表面納米組織結構層，從而提升器件的性能。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種實現工件表面納米化的加工裝置，包括刀柄、可旋轉支撐刀架、表面納米化加工刀頭和球形加工滾珠，其中：所述可旋轉支撐刀架設置在刀柄的加工端，所述可旋轉支撐刀架能夠旋轉；所述納米化加工刀頭固定在可旋轉支撐刀架上，所述球形加工滾珠設置于納米化加工刀頭上，且球形加工滾珠能夠自由滾動。

所述刀柄為條狀結構，刀柄的加工端設有弧形板狀凸起，該弧形板狀凸起的一個表面上通過螺栓與所述可旋轉支撐刀架連接。

所述可旋轉支撐刀架的底面與刀柄的加工端連接，可旋轉支撐刀架上還開設柱狀槽，柱狀槽的一端開口另一端封閉；所述柱狀槽內嵌入并固定所述納米化加工刀頭。

所述納米化加工刀頭為圓柱狀結構，其尺寸與所述柱狀槽相適應；所述納米化加工刀頭的軸向設有潤滑油孔，同時所述納米化加工刀頭的一端還設有球形加工滾珠，所述球形加工滾珠伸出所述柱狀槽的開口端；所述球形加工滾珠用于對工件表面進行納米化加工。