一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统与工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统与工艺，其系统包括淬火装置；回火装置；滚压装置；强流脉冲电子束辐照装置；以及超声清洗装置。其工艺具体包括如下步骤：S1、淬火处理；S2、回火处理；S3、滚压处理；S4、强流脉冲电子束辐照处理；S5、清洗处理。本发明专利技术的系统通过滚压装置对热处理好的卡尺进行三刃滚压处理，可以在提高加工效率的同时使得卡尺表层组织均匀化，降低卡尺表面粗糙度，有效实现了卡尺的全面校直，减少了淬火变形；且经过强流脉冲电子束辐照装置进行表面改性后的卡尺，能够形成成分均匀、晶粒细化至纳米尺寸的表层，能够使卡尺基体和纳米结构表层无明显界面、不易脱落，极大延长了卡尺的使用寿命。极大延长了卡尺的使用寿命。极大延长了卡尺的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统与工艺


[0001]本专利技术涉及金属材料表面复合强化
，特别涉及一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统与工艺。

技术介绍

[0002]量具是工业生产的眼睛，卡尺又是长度测量量具中最主要的代表之一，卡尺广泛应用于工业生产和科学研究中。常用的卡尺原材料是40Cr13不锈钢，卡尺在服役期间，因卡爪部分用于直接接触工件，其表面易产生磨损和腐蚀现象。为提升卡尺卡爪的耐磨和耐腐蚀性，已有研究一部分集中于改变卡爪的加工工艺，即经过感应淬火+低温回火热处理，使用感应加热淬火设备生产率高，淬硬层深度易于控制，易于实现机械化和自动化。但其表面改性晶粒细化极限是微米尺度，耐磨性和耐腐蚀性能也较差，在实际应用中，始终不能有效解决卡爪失效的难题；另一部分集中于改变卡爪表层材料的成分，采用物理气相沉积或化学气相沉积在卡爪表面镀一层耐磨性和耐腐蚀性的材料。但是在实际应用中发现，镀层易剥落，这必将导致产生测量误差，降低卡尺测量精度，影响其使用寿命，且难以避免的会引发环境污染等问题。
[0003]现有技术在对卡尺感应淬火+低温回火热处理后，为保证卡尺的表面加工质量，主要会采用磨削加工来降低表面粗糙度，提高尺寸精度和几何精度。但是磨削过程中会有磨削热、会产生表层残余拉应力，且为了保证尺寸精度，需要人为调整完工尺寸，同时，磨削加工每次只能加工一个工作面，加工效率较低。而滚压加工作为常用的加工方式，可以代替磨削加工，并具备磨削加工所没有的优势，滚压加工是无屑加工，无发热现象。滚压加工除了能提高加工表面光洁度，与磨削加工相反，加工表面产生残余压应力和冷硬度，可抵消部分张应力，提高疲劳强度。滚压加工卡尺耗时不到2分钟，完工尺寸即为成形尺寸，并且还可以实现多面同时滚压加工，比磨削加工效率提高数倍。
[0004]1998年，卢柯院士及其合作者在国际上首次提出“金属材料表面纳米化”，即对金属的表面处理使其表面组织和晶粒细化至纳米尺度，利用纳米结构表面层所具有优异性能来提高材料的整体性能。表面纳米化处理可消除表层剥落和界面的结合等问题，成本低廉、工艺简单，己成为世界许多国家的研究重点。而强流脉冲电子束表面改性作为一种新型且高效的处理技术，高速电子通过对钢材表面进行辐照处理产生剧烈的热力耦合作用，材料表面附着或埋藏的夹杂物、微观起伏及成分偏析等缺陷通过选择喷发效应得以祛除(抛光、选择净化)，快速能量沉积引发表层材料的骤热极冷过程实现不锈钢表层晶粒纳米化，即形成成分均匀、晶粒细化至纳米尺寸的表面改性层。因此，利用具有优异性能的纳米结构表面层提高不锈钢的整体性能（耐磨性能及耐腐蚀性能），可以提高卡尺的使役寿命，鉴于此，提出了一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统与工艺。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统与工艺，以解决上
述
技术介绍
中提到的问题。
[0006]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，包括：淬火装置，用于对未经处理的卡尺尺身进行高频感应淬火并对未经处理的卡尺卡爪进行局部感应淬火；回火装置，用于对淬火后的卡尺尺身以及卡尺卡爪进行低温回火；滚压装置，用于对回火后的卡尺尺身以及卡尺卡爪进行三刃滚压，校直淬火变形；所述滚压装置包括底座、液压机构、滚压机构、驱动机构和传动机构；所述底座的一侧设有固定板，用于固定滚压机构、驱动机构和传动机构，所述滚压机构通过传动机构与驱动机构连接；所述滚压机构包括侧边滚压件、上滚压件和下滚压件，所述上滚压件和下滚压件呈上下结构相对设置，所述上滚压件和下滚压件的滚压方向相反，所述侧边滚压件位于上滚压件和下滚压件的一端，且侧边滚压件的旋转中心点位于上滚压件和下滚压件的间隙中央轴线处；所述液压机构设置在侧边滚压件远离上滚压件和下滚压件一端的底座上，且液压机构的伸缩端还固定有用于支撑侧边滚压件的支撑件；强流脉冲电子束辐照装置，用于对滚压后的卡尺卡爪进行强流脉冲电子束辐照；以及超声清洗装置，用于对淬火、回火后的卡尺尺身和卡尺卡爪以及辐照后的卡尺卡爪进行超声清洗。
[0007]进一步地，所述淬火装置包括淬火变压器、淬火感应器和淬火池；所述淬火感应器连接在淬火变压器一侧，用于对卡尺尺身以及卡尺卡爪进行高频加热；所述淬火池设置在淬火感应器的正下方，且淬火池中设有淬火液，用于对高频加热后的卡尺尺身以及卡尺卡爪进行油淬冷却。
[0008]进一步地，所述回火装置包括网带炉，所述网带炉上设有控制回火温度的温度控制器。
[0009]进一步地，所述固定板包括第一固定板、第二固定板和第三固定板；所述底座顶部依次设有第一滑轨槽、第二滑轨槽和第三滑轨槽，所述第一固定板滑动连接在第三滑轨槽中，所述第二固定板固定在第一滑轨槽远离第二滑轨槽一侧的底座顶部，所述第三固定板固定在第二滑轨槽和第三滑轨槽之间的底座顶部，所述上滚压件和下滚压件转动设置在第二固定板和第三固定板之间；所述液压机构活动连接在第一滑轨槽和第二滑轨槽之间，所述侧边滚压件位于液压机构与第二固定板和第三固定板之间。
[0010]更进一步地，所述滚压机构的上滚压件包括并排设置的上从动滚轮和上主动滚轮；所述滚压机构的下滚压件包括并排设置的下从动滚轮，下主动滚轮；所述滚压机构的侧边滚压件为滚动轮。
[0011]进一步地，所述液压机构包括支撑架和液压缸，所述支撑架滑动连接第一滑轨槽和第二滑轨槽之间，所述液压缸固定在支撑架中央；所述支撑件包括基座、轴承以及轴承压盖；所述滚动轮的两端套装有轴承，所述滚动轮通过轴承转动设置在基座中，所述轴承压盖固定在轴承上方并与基座连接，所述基座固定在液压缸的伸缩端处。
[0012]更进一步地，所述驱动机构包括第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机；所述第一伺服电机固定在第一固定板上，所述第二伺服电机和第三伺服电机固定在第二固定板上。
[0013]进一步地，所述传动机构包括轴小齿轮，轴大齿轮、链轮和链条；所述轴小齿轮套装在滚动轮面向第一伺服电机一端的基座外侧以及第二固定板一侧的主动滚轮和下主动滚轮一端；所述轴大齿轮套装在第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机的输出轴上；所述第一伺服电机的轴大齿轮与滚动轮的轴小齿轮相互啮合；所述主动滚轮的轴小齿轮与第三伺服电机的轴大齿轮相互啮合；所述下主动滚轮的轴小齿轮与第二伺服电机的轴大齿轮相互啮合；所述链轮套装在第三固定板一侧的上从动滚轮、上主动滚轮、下从动滚轮和下主动滚轮一端；所述链条套装在上从动滚轮和上主动滚轮之间以及下从动滚轮和下主动滚轮之间。
[0014]进一步地，所述强流脉冲电子束辐照装置包括工作靶、工作仓、电子束源、诊断系统、真空系统和电源控制系统；所述工作靶设置在工作仓的内部底端；所述电子束源设置在工作仓的内部顶端，用于产生电子束轰击工作靶上的产品；所述诊断系统、真空系统和电源控制系统均设置在工作仓的外侧，所述诊断系统可用来测量工作真空、阴极加速电压、电子束流、入射束平均能量密度，所述真空系统包括真空阀、真空泵组、真空室、通冷却水及排放废气的管道，所述电源控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，其特征在于，包括：淬火装置，用于对未经处理的卡尺尺身进行高频感应淬火并对未经处理的卡尺卡爪进行局部感应淬火；回火装置，用于对淬火后的卡尺尺身以及卡尺卡爪进行低温回火；滚压装置（3），用于对回火后的卡尺尺身以及卡尺卡爪进行三刃滚压，校直淬火变形；所述滚压装置（3）包括底座（3
‑
1）、液压机构、滚压机构、驱动机构和传动机构；所述底座（3
‑
1）的一侧设有固定板，用于固定滚压机构、驱动机构和传动机构，所述滚压机构通过传动机构与驱动机构连接；所述滚压机构包括侧边滚压件、上滚压件和下滚压件，所述上滚压件和下滚压件呈上下结构相对设置，所述上滚压件和下滚压件的滚压方向相反，所述侧边滚压件位于上滚压件和下滚压件的一端，且侧边滚压件的旋转中心点位于上滚压件和下滚压件的间隙中央轴线处；所述液压机构设置在侧边滚压件远离上滚压件和下滚压件一端的底座（3
‑
1）上，且液压机构的伸缩端还固定有用于支撑侧边滚压件的支撑件；强流脉冲电子束辐照装置，用于对滚压后的卡尺卡爪进行强流脉冲电子束辐照；以及超声清洗装置（5），用于对淬火、回火后的卡尺尺身和卡尺卡爪以及辐照后的卡尺卡爪进行超声清洗。2.如权利要求1所述的一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，其特征在于：所述淬火装置包括淬火变压器（1
‑
1）、淬火感应器（1
‑
2）和淬火池（1
‑
3）；所述淬火感应器（1
‑
2）连接在淬火变压器（1
‑
1）一侧，用于对卡尺尺身以及卡尺卡爪进行高频加热；所述淬火池（1
‑
3）设置在淬火感应器（1
‑
2）的正下方，且淬火池（1
‑
3）中设有淬火液，用于对高频加热后的卡尺尺身以及卡尺卡爪进行油淬冷却。3.如权利要求1所述的一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，其特征在于：所述回火装置包括网带炉（2
‑
2），所述网带炉（2
‑
2）上设有控制回火温度的温度控制器（2
‑
1）。4.如权利要求1所述的一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，其特征在于：所述固定板包括第一固定板（3
‑
21）、第二固定板（3
‑
22）和第三固定板（3
‑
23）；所述底座（3
‑
1）顶部依次设有第一滑轨槽（3
‑
24
‑
1）、第二滑轨槽（3
‑
24
‑
2）和第三滑轨槽（3
‑
24
‑
3），所述第一固定板（3
‑
21）滑动连接在第三滑轨槽（3
‑
24
‑
3）中，所述第二固定板（3
‑
22）固定在第一滑轨槽（3
‑
24
‑
1）远离第二滑轨槽（3
‑
24
‑
2）一侧的底座（3
‑
1）顶部，所述第三固定板（3
‑
23）固定在第二滑轨槽（3
‑
24
‑
2）和第三滑轨槽（3
‑
24
‑
3）之间的底座（3
‑
1）顶部，所述上滚压件和下滚压件转动设置在第二固定板（3
‑
22）和第三固定板（3
‑
23）之间；所述液压机构活动连接在第一滑轨槽（3
‑
24
‑
1）和第二滑轨槽（3
‑
24
‑
2）之间，所述侧边滚压件位于液压机构与第二固定板（3
‑
22）和第三固定板（3
‑
23）之间。5.如权利要求4所述的一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，其特征在于：所述滚压机构的上滚压件包括并排设置的上从动滚轮（3
‑
14）和上主动滚轮（3
‑
15）；所述滚压机构的下滚压件包括并排设置的下从动滚轮（3
‑
12），下主动滚轮（3
‑
13）；所述滚压机构的侧边滚压件为滚动轮（3
‑
6）。6.如权利要求5所述的一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，其特征在于：所述液压机构包括支撑架和液压缸（3
‑
4），所述支撑架滑动连接第一滑轨槽（3
‑
24
‑
1）和第二滑轨槽（3
‑
24
‑
2）之间，所述液压缸（3
‑
4）固定在支撑架中央；所述支撑件包括基座（3
‑
5）、轴承（3
‑
20）以及轴承压盖（3
‑
25）；所述滚动轮（3
‑
6）的两端套装有轴承（3
‑
20），所述滚动轮（3
‑
6）通
过轴承（3
‑
20）转动设置在基座（3
‑
5）中，所述轴承压盖（3
‑
25）固定在轴承（3
‑
20）上方并与基座（3
‑
5）连接，所述基座（3
‑
5）固定在液压缸（3
‑
4）的伸缩端处。7.如权利要求6所述的一种高端卡尺不锈钢表面复合强化系统，其特征在于：所述驱动机构包括第一伺服电机（3
‑
9）、第二伺服电机（3

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海峰，卢健，隋欣梦，黄桂云，李晓铮，肖丹，陆取辉，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：