滚动轴承圈激光强化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种滚动轴承圈激光强化装置，包括：定位套，该定位套的两柱面其一与轴承圈的装配面间形成第一轴孔配合；加热总成，装配于定位套的另一柱面上；轴向约束，包括第一端约束和第二端约束，两约束对轴承圈的两端定位锁紧，且至少其一与定位套间形成可拆连接；驱动装置，用于驱动定位套绕自身轴线自转；激光器，该激光器的激光投射到滚道上；以及约束板，为与轴承圈的滚道面配合的套形板，用于机械地罩蔽滚道，且该约束板为相对于激光器所投射激光的透明板。依据本实用新型专利技术能够有效抑制滚动轴承圈激光强化时因热应力而产生的变形。

Laser Strengthening Device for Rolling Bearing Ring

【技术实现步骤摘要】
滚动轴承圈激光强化装置
本技术涉及一种用于滚动轴承圈强化的激光强化装置。
技术介绍
滚动轴承是机械传动系统的关键基础件。目前，我国虽是轴承生产大国，但非轴承制造强国，高性能滚动轴承的制造水平还远远不能满足高端装备发展的需求，致使大量高端装备配套所需的高性能滚动轴承仍然依赖进口，制约了我国装备制造业的发展。影响滚动轴承使用寿命的因素除了滚动体及轴承圈的加工精度外，还与滚动体和轴承圈上的滚道的抗接触疲劳强度的大小有关。其中，关于滚动轴承圈上滚道的抗接触疲劳强度的提高，除了改善轴承钢的基体材质以外，采用表面强化工艺是一个非常有效的途径。目前，可用于轴承套表面强化的工艺种类繁多，最为传统的工艺是对待强化表面进行渗氮或者渗碳处理，这属于化学热处理工艺。传统工艺中较为常见的纯物理处理工艺是喷丸或者冷滚压，该类工艺称为表面形变强化工艺。随着技术的发展，还出现了薄膜强化工艺（如PVD、CVD、离子注入与沉积）等。然而，由于滚动轴承对轴承圈滚道表层材料的物理机械性能（如硬度、滚动接触疲劳强度、耐磨性等）的要求较高，现有大部分的表面强化工艺难以做出进一步的开发，以进一步提高轴承圈的抗接触疲劳强度。近年来在新的
对表面强化工艺有新的探索，例如中国专利文献CN103231202A，其公开了一种轴承滚道超声波强化方法和装置，其利用超声波对轴承圈的滚道表面进行强化。超声强化可控因素比较多，所衍生出的超声强化工艺也非常多，只不过其设备相对较大，并且需要适配其他的介质以满足工艺要求。近年来，激光冲击强化技术发展迅速，该技术不仅能够使金属材料表层产生有利的残余压应力，而且能够使金属材料表层的晶粒细化，生成大量位错、孪晶等微观组织结构，从而有效提高材料表层的疲劳强度，同时激光冲击强化技术具有非接触、操作方便、可控性强和适用范围广等特点，因此在滚动轴承领域内具有良好的应用前景。然而，目前滚动轴承套圈的激光冲击强化技术存在以下两个问题：①激光冲击在滚道表层产生的残余应力会破坏套圈内部的材料力学平衡，从而使轴承套圈产生几何变形；②在滚动接触交变载荷作用下，激光冲击在套圈滚道表层产生的有利的残余压应力并不稳定，容易发生应力松弛。典型地，中国专利文献CN108559835A公开了一种激光加工滚珠轴承外滚道的装置和方法，其中其装置部分包括激光器和镜组，激光器的出射激光通过镜组投射到轴承外滚道上，而用做轴承圈工装的部件包括一个夹具和一个机械手，通过机械手来控制夹具的姿态。在轴承圈的激光强化过程中，夹具对轴承圈的变形欠缺约束，容易产生加工变形。
技术实现思路
本技术是对滚动轴承圈激光强化装置的进一步改进，提出一种能够有效抑制滚动轴承圈激光强化时因热应力而产生的变形的滚动轴承圈激光强化装置。依据本技术的实施例，提供一种滚动轴承圈激光强化装置，记轴承圈开有滚道的柱面为滚道面，与滚道面相对的柱面为装配面，所述滚动轴承圈激光强化装置包括：定位套，该定位套的两柱面其一与装配面间形成第一轴孔配合；加热总成，装配于定位套的另一柱面上；轴向约束，包括第一端约束和第二端约束，两约束对待强化轴承圈的两端定位锁紧，且至少其一与定位套间形成可拆连接；驱动装置，用于驱动定位套绕自身轴线自转；激光器，该激光器的激光投射到所述滚道上；以及约束板，为与滚道面配合的套形板，用于机械地罩蔽滚道，且该约束板为相对于激光器所投射激光的透明板。上述滚动轴承圈激光强化装置，可选地，所述加热总成构成管套件，且该管套件的与定位套的另一柱面间形成第二轴孔配合。可选地，所述加热总成包括：加热座内圈；以及加热座外圈，嵌套在加热座内圈外，且该加热座外圈与加热座内圈的配合界面用于安装加热体。可选地，配合界面形成螺旋槽，用于安装螺旋状的电热丝，该电热丝构成所述加热体。可选地，轴向约束另一为固定约束部，该固定约束部包括形成在定位套相应端的凸缘；可拆的轴向约束包括一螺母，相应地，定位套设有与螺母配合的螺纹段。可选地，在螺母与待强化轴承圈间，以及凸缘与待强化的轴承圈间均设有变形约束环；变形约束环与定位套配合用于对待强化轴承圈的端面接合形成约束。可选地，所述约束板包括在轴向居中的凸曲面部和位于凸曲面部两端的各一个配合柱面部；其中，凸曲面部与滚道配合；配合柱面部与滚道面过盈配合；相应地，约束板具有两半环件，两半环件对合形成完整的约束板。可选地，用于两半环件对合限位的部件为压在配合柱面部上的压板或周向约束件；其中，周向约束件构造为：若待强化轴承圈为轴承内圈时，周向约束件为箍套在配合柱面部上的套圈；若待强化轴承圈为轴承外圈时，周向约束件为与周向约束件内柱面配合的支撑环。可选地，激光器的输出透镜有两个，并在待强化轴承圈轴向两端各配有一个，两输出透镜的轴线夹角为85~90度。可选地，驱动装置的输出端为输出轴，该输出轴与定位套的一端采用键连接。在本技术的实施例中，提供专门的工装对待强化轴承圈进行轴向约束和基于与定位套间的轴孔配合的径向约束，从而可以在进行激光强化时，有效的抑制待强化轴承圈的变形，在激光强化完成后，解除约束，使轴承圈保持原有的几何形状。进一步地，提供加热总成，可以在激光强化前，先对待强化轴承圈进行加热，使轴承圈先期升温到给定的温度，降低激光强化所产生温度对轴承圈的负面影响。在对轴承圈滚道表面进行激光冲击强化前，先通过加热总成将轴承内圈加热到给定温度，可以使轴承圈滚道表层材料在受到激光冲击时因为动态应变时效效应而产生高密度的位错和位错缠结，从而提高滚道表层残余应力场的稳定性，减缓有利的残余压应力在滚动接触交变载荷作用下的松弛速率。附图说明图1为一实施例中滚动轴承内圈激光强化装置结构示意图。图2为一实施例中滚动轴承内圈激光强化装置的激光冲击约束板、约束板端面挡块、柔性压块、柔性压块支撑板和轴承内圈的结构及其相对位置关系示意图。图3为一实施例中滚动轴承外圈激光强化装置结构示意图。图4、图5示出一实施例中滚动轴承外圈激光强化装置的激光冲击约束板、约束板端面挡块、柔性压块、柔性压块支撑板和轴承内圈的结构及其相对位置关系示意图。图6示出一实施例中滚动轴承内圈激光冲击约束板的结构示意图。图7示出一实施例中滚动轴承外圈的激光冲击约束板的结构示意图。图8示出一实施例滚动轴承内圈滚道表面激光强化光斑运动轨迹。图9示出另一实施例滚动轴承外圈滚道表面激光强化光斑运动轨迹。图中，1.脉冲激光器；2.光学凸透镜；3.约束板；31.第一曲面；32.第二曲面；4.轴承圈；5.变形约束环；6.夹紧螺母；7.定位套；8.加热座外圈；9.加热座内圈；10.电热丝；11.柔性压块；12.支撑板；13.挡块；A.光斑。具体实施方式可以理解的是，受激光器所出射激光的光斑A的限制，不可能在同一时间对轴承圈4的滚道各处进行强化，由此会产生应力分布的不均衡，即会产生加工应力，并因此会产生轴承圈4的变形，该变形尽管不大，但对于轴承这类高精度零件（一般为IT6级或IT7级精度），激光强化的加工变形足以使其几何形状超差。关于激光强化，其原理是先在工件表面涂一层黑漆，形成黑漆层，黑漆层对光的吸收效果比较好，又称为吸收层。激光的光斑A落在吸收层上时，为光斑A所覆盖的黑漆部分受热气化形成等离子体，产生爆冲，使工件表面瞬间发生弹性变形，而产生强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滚动轴承圈激光强化装置，记轴承圈开有滚道的柱面为滚道面，与滚道面相对的柱面为装配面，其特征在于，所述滚动轴承圈激光强化装置包括：定位套，该定位套的两柱面其一与装配面间形成第一轴孔配合；加热总成，装配于定位套的另一柱面上；轴向约束，包括第一端约束和第二端约束，两约束对待强化轴承圈的两端定位锁紧，且至少其一与定位套间形成可拆连接；驱动装置，用于驱动定位套绕自身轴线自转；激光器，该激光器的激光投射到所述滚道上；以及约束板，为与滚道面配合的套形板，用于机械地罩蔽滚道，且该约束板为相对于激光器所投射激光的透明板。

【技术特征摘要】
1.一种滚动轴承圈激光强化装置，记轴承圈开有滚道的柱面为滚道面，与滚道面相对的柱面为装配面，其特征在于，所述滚动轴承圈激光强化装置包括：定位套，该定位套的两柱面其一与装配面间形成第一轴孔配合；加热总成，装配于定位套的另一柱面上；轴向约束，包括第一端约束和第二端约束，两约束对待强化轴承圈的两端定位锁紧，且至少其一与定位套间形成可拆连接；驱动装置，用于驱动定位套绕自身轴线自转；激光器，该激光器的激光投射到所述滚道上；以及约束板，为与滚道面配合的套形板，用于机械地罩蔽滚道，且该约束板为相对于激光器所投射激光的透明板。2.根据权利要求1所述的滚动轴承圈激光强化装置，其特征在于，所述加热总成构成管套件，且该管套件的与定位套的另一柱面间形成第二轴孔配合。3.根据权利要求2所述的滚动轴承圈激光强化装置，其特征在于，所述加热总成包括：加热座内圈；以及加热座外圈，嵌套在加热座内圈外，且该加热座外圈与加热座内圈的配合界面用于安装加热体。4.根据权利要求3所述的滚动轴承圈激光强化装置，其特征在于，配合界面形成螺旋槽，用于安装螺旋状的电热丝，该电热丝构成所述加热体。5.根据权利要求1所述的滚动轴承圈激光强化装置，其特征在于，轴向约束另一为固定约束部，该固定约束部包括形成在定位套相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文涛，郭宇，王守仁，杨学峰，王砚军，吴戍戌，王高琦，温道胜，夏佃秀，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：新型
国别省市：山东,37