一种回转体工件预应力磨削方法技术

本发明专利技术公开了一种回转体工件预应力磨削方法，包括以下步骤：(1)在磨床上装夹好待加工的工件；(2)进行对刀操作，先让砂轮和工件处于低速状态，逐步调整砂轮位置，直到工件表面刚出现火花后，将砂轮线速度调至超高速状态vs≥150m/s，将工件转速调至超高速离心状态；(3)按一定径向进给量进行磨削加工；加工完毕后，先将砂轮和工件分离，再各自减速至零。本发明专利技术的回转体工件预应力磨削方法无需使用专用的施力机构对工件施加预应力，只需在加工过程中控制工件的转速即可在加工完毕后使工件表面获得残余压应力；由于工件的转速可以灵活调节，因此可以通过控制工件转速的方式来获得不同大小的残余压应力，以满足不同零件的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种回转体工件预应力磨削方法
本专利技术涉及一种机械加工方法，具体涉及一种预应力磨削方法。
技术介绍
磨削加工是对工件进行精加工的一种常用机械加工方法，包括平面磨削和外圆磨削。在磨削加工中，大幅度提高砂轮线速度，可以提高加工效率，并使工件获得更高的加工精度。例如，德国磨削专家Carl.J.Salomom在“热沟”理论的基础上提出了“超高速磨削”，其砂轮指线速度大于150m/s，可实现对工件的高效率精密加工。在“超高速磨削”理论中，对工件的转速并没有特别要求，通常要求工件转速vw≥500r/min。为了进一步提高加工效率，在现有技术基础上提出了“高效深磨”理论，例如，在70年代末，德国P.G.Werner教授预言“高效深磨”存在合理性，并在1983年研制世界上第一台高效深磨磨床，在保持砂轮超高速旋转(大于150m/s)的基础上，适当提高工件转速(vw＝1kr/min，且磨削深度越大，取值越小)和增加磨削深度。在许多应用场合，对于精密零件及重载部件的功能行为很大程度上取决于它们的表面状态，这是由于零件加工表面状态直接影响其疲劳强度、抗腐蚀性、耐磨性及尺寸稳定性等。研究和实践表明,通过调整和控制使已加工表面具有合适的残余压应力,可改善零件的抗疲劳强度，延长其使用寿命。现有技术中，通常采用退火处理、滚压、喷丸、熨平和激光冲击等处理方法使得工件表面产生残余压应力，但是这些方法存在设备昂贵、会使工件表面易产生过冷作硬化、降低其冲击韧性等缺陷。为了解决该问题，“预应力硬态切削的残余应力及表面形态”【华南理工大学学报(自然科学版)，第36卷第4期，2008年4月版；第6-9页】一文中公开了在预应力状态进行硬态切削获得残余应力的方法，其基本原理是：切削前预先给工件施加一个弹性范围内的预应力，切削过程中工件加工表面会产生塑性变形，切削后释放该预应力，由于基体的弹性恢复，已加工表面会产生残余压应力。预应力切削的优点在于只需通过切削加工就能使工件表面产生残余压应力，且不会引起额外的表面硬化。为了获得预应力，现有技术中通常在进行切削加工前通过施力机构对工件施加作用力，并在加工过程中始终保持该施力状态；例如，上述“预应力硬态切削的残余应力及表面形态”一文中以轴承的内圈滚道和外圈外圆表面进行预应力硬态切削为例，采用预先对轴承套圈的内孔胀紧撑大，再通过径向加载的方式使轴承套圈内产生周向预拉应力。然而，现有技术中获得预应力的方法存在以下不足：1、需要使用专用的施力装置对工件进行施力，使得工件夹具结构更加复杂，操作更加麻烦；并且对于在切削加工时工件需要旋转的场合，例如进行外圆磨削时，为了确保获得持续的预应力，施力机构必须随着工件一起转动，从而增加了整体惯量，降低了稳定性，影响加工精度。2、针对特定的加工零件，通常需要设计特定的施力装置，成本高。3、预应力的大小不便于控制，尤其是在加工过程中，工件上的预应力无法根据需要实时调节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种回转体工件预应力磨削方法，该方法无需采用施力机构即可让工件在磨削加工过程中获得预应力，并且在加工过程中该预应力的大小可灵活调节。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种回转体工件预应力磨削方法，包括以下步骤：(1)在磨床上装夹好待加工的工件；(2)进行对刀操作，先让砂轮和工件处于低速状态，逐步调整砂轮位置，直到工件表面刚出现火花后，将砂轮线速度调至超高速状态vs≥150m/s，将工件转速调至超高速离心状态，使得工件产生离心膨胀效应，获得预应力；(3)按一定径向进给量进行磨削加工；加工完毕后，先将砂轮和工件分离，再各自减速至零。优选的，在步骤(2)中，所述工件转速vw≥8kr/min。优选的，在步骤(2)中，所述工件转速8kr/min≤vw≤10kr/min。优选的，在步骤(3)中，所述径向进给量ap＝10～100μm/kr。通过将工件最高转速控制在小于10kr/min的范围内，可以防止因工件超高速转动而对磨床主轴稳定性造成影响，同时也可以减缓因工件超高速转动而对砂轮寿命产生的影响。随着技术的发展，磨床主轴在超高速状态下的稳定性会越来越好，因此在磨床工作时主轴稳定性足够好的前提下工件转速也可以大于10kr/min。优选的，在步骤(3)中，砂轮按设定径向进给量进给并开始磨削后，工件或/和砂轮以变速状态进行磨削加工；当砂轮停止径向进给进入光磨阶段后，工件或砂轮以变速状态进行光磨，光磨完毕后将砂轮和工件分离并各自减速至零。在磨削加工过程中进行变速的目的在于有效抑制磨床主轴颤振、减小受迫振动和改变砂轮与工件的转速比；对于磨削阶段来说，可以改善工件表面完整性和延长砂轮使用寿命，对于光磨阶段来说，可以达到缓解工件表面产生“棱角”现象的效果。在现有的光磨技术中，光磨时一般保持砂轮和工件转速不变，从而形成恒定的速度比值，此时磨床的振动处于一种有规律状态，工件与砂轮之间保持在一种有规律的动态相对位置关系，从而在工件表面形成有规律的非等量磨削，影响工件表面质量，出现“棱角”现象；而在磨削和光磨过程中采用变速方法后，使砂轮和工件的速度比值不断改变，不但能够效抑制磨床主轴颤振、减小受迫振动，而且使得磨床的振动处于一种无规律状态，工件与砂轮之间也保持在一种无规律的动态相对位置关系，这样工件表面的各个位置能够获得均匀的磨削，改善了工件表面完整性，并缓解了工件表面产生“棱角”现象的问题。在变速过程中，如果砂轮无需轴向进给，则砂轮保持轴向位置不变进行变速；如果砂轮需要轴向进给，则砂轮一边进行轴向进给，一边进行变速。在变速时，无论是磨削加工阶段还是光磨阶段，变速的对象可以是工件或砂轮，或者两者同时变速，变速的形式可以是加速也可以是减速，变速的方式可以是连续变速，也可以是阶梯式变速。作为一种优选方案，在磨削加工阶段中，所述工件或/和砂轮的变速状态为：保持工件转速不变，提高砂轮线速度；在光磨阶段中，所述工件或/和砂轮的变速状态为：保持砂轮线速度不变，降低工件转速。采用这种优选方案除为了实现抑制主轴颤振、减小受迫振动和改变砂轮与工件转速比外，其原因在于：在磨削加工阶段中，通过提高砂轮线速度，一方面可使传入工件的热量进一步减小，磨削温度降低，另一方面由于作用在同一磨削区的磨粒数量增加，可缓解因提高工件转速而使其表面粗糙度增大的问题；在光磨阶段中，由于砂轮停止径向进给，砂轮只于工件表面的“棱角”接触，对工件表面残余应力的形成已影响不大，通过降低工件转速，单颗磨粒的未变形磨削厚度减小(相对于光磨阶段降低砂轮线速度而言)，有利于改善工件的表面粗糙度。作为一种优选方案，当采用连续变速方式时，在磨削加工阶段中，砂轮以2m/s2～5m/s2的线加速度进行加速；在光磨阶段中，工件以800πrad/s2～1200πrad/s2的角加速度进行减速。当采用阶梯式变速方式时，在磨削加工阶段中，砂轮以6m/s2～8m/s2的线加速度加速6m/s～10m/s后匀速1～2s，将此过程视为一个加速阶梯，循环3～5次；在光磨阶段中，工件以1200πrad/s2～1600πrad/s2的角加速度减速500r/min后匀速1～2s，将此过程视为一个减速阶梯，循环2次。作为一个例子，所述工件为由GCr15材料制成的轴承内圈，进行超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回转体工件预应力磨削方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在磨床上装夹好待加工的工件；(2)进行对刀操作，先让砂轮和工件处于低速状态，逐步调整砂轮位置，直到工件表面刚出现火花后，将砂轮线速度调至超高速状态vs≥150m/s，将工件转速调至超高速离心状态，使得工件产生离心膨胀效应，获得预应力；(3)按一定径向进给量进行磨削加工；加工完毕后，先将砂轮和工件分离，再各自减速至零。

【技术特征摘要】
1.一种回转体工件预应力磨削方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在磨床上装夹好待加工的工件；(2)进行对刀操作，先让砂轮和工件处于低速状态，逐步调整砂轮位置，直到工件表面刚出现火花后，将砂轮线速度调至超高速状态vs≥150m/s，将工件转速调至超高速离心状态，所述工件转速vw≥8kr/min，使得工件产生离心膨胀效应，获得预应力；(3)按一定径向进给量进行磨削加工；加工完毕后，先将砂轮和工件分离，再各自减速至零。2.根据权利要求1所述的回转体工件预应力磨削方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述工件转速8kr/min≤vw≤10kr/min。3.根据权利要求1所述的回转体工件预应力磨削方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述径向进给量ap＝10～100μm/kr。4.根据权利要求1至3任意一项所述的回转体工件预应力磨削方法，其特征在于：在步骤(3)中，砂轮按设定径向进给量进给并开始磨削后，工件或/和砂轮以变速状态进行磨削加工；当砂轮停止径向进给进入光磨阶段后，工件或/和砂轮以变速状态进行光磨，光磨完毕后将砂轮和工件分离并各自减速至零。5.根据权利要求4所述的回转体工件预应力磨削方法，其特征在于，在磨削加工阶段，所述工件或/和砂轮的变速状态为：保持工件转速不变，提高砂轮线速度；在光磨阶段，所述工件或/和砂轮的变速状态为：保持砂轮线速度不...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓初，何铨鹏，刘长红，梁忠伟，陶建华，陈凡，王豪，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44