一种采用控制压力制备梯度金属材料的方法技术

本发明专利技术涉及梯度金属材料，具体为一种采用控制压力制备梯度金属材料的方法。将压力控制装置安装在车床、铣床、磨床等机械加工设备上，样品在车床上装卡，手动调整所需的压力，找到要加工的初始位置，调入加工程序，就可以用表面机械碾压、表面机械滚压方法加工样品，在加工过程中加工刀具可以伸缩5～10mm保持压力不变，确保在加工过程中样品表面受力均匀，在样品同轴度不好的时候，样品表面受力也是均匀的，压力不断增加，就可以得到表面梯度金属材料。采用本发明专利技术制备金属表面梯度材料，具有非常好的服役性能。常好的服役性能。

【技术实现步骤摘要】
一种采用控制压力制备梯度金属材料的方法


[0001]本专利技术涉及梯度金属材料，具体为一种采用控制压力制备梯度金属材料的方法。

技术介绍

[0002]目前，处理轴类金属材料表面形成梯度结构的方法有：滚压方法、表面机械碾压方法。SMGT(表面机械碾压)和SMRT(表面机械滚压)刀具固定在机床的刀架上，通过机床上的刀架来驱动SMGT(表面机械碾压)和SMRT(表面机械滚压)刀具，对工件表面实施步进加力，每次步进20μm或30μm或40μm或50μm，根据金属样品的硬度情况，可分为2次步进或3次步进或4次步进或5次步进直至12次步进，使工件表层金属产生塑性流变而使组织发生晶粒细化，从而提高工件表面的强度和耐磨性。
[0003]在金属材料表面进行表面碾压处理(SMGT)及滚压处理(SMRT)，均能在金属材料表面实现晶粒及梯度结构，通过步进加载方式给金属材料表面进行碾压处理及滚压处理(一次步进在10微米～100微米范围内)，可在车床、铣床、加工中心等设备上实现，但是要求设备的加工精度较高，样品的装卡准确度要高，否则会导致金属材料表面加工不均匀。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种采用控制压力制备梯度金属材料的方法，采用本专利技术制备金属表面梯度材料，具有非常好的服役性能。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种采用控制压力制备梯度金属材料的方法，通过将压力控制装置安装在机械加工设备上，通过用表面机械碾压或表面机械滚压方法逐次增加压力，来制备梯度金属材料；
[0007]压力控制装置设置于机械加工设备上，主要包括：压力表、压强调控换向阀组、油管、油箱、油泵，油泵的叶轮在油箱里高速旋转给油泵的另一端输出油管，通过输出油管输出足够大油压，油泵的另一端通过设置压力表的管路与压强调控换向阀组相连通，压强调控换向阀组通过油管与油缸上的油孔相连通，其工艺流程为：
[0008]样品在机械加工设备上装卡，手动调整所需的压力，找到要加工的初始位置，调入表面机械碾压或表面机械滚压的加工程序，采用表面机械碾压或表面机械滚压方法加工样品，在加工过程中加工刀具伸缩5～10mm保持压力不变，加工刀具为表面机械碾压刀头或表面机械滚压刀头，确保在加工过程中样品表面受力均匀，压力不断增加，得到表面梯度金属材料。
[0009]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，油缸的一端通过活塞安装加工刀具，油缸的另一端通过后缸筒上的后凸缘安装刀架夹持端，油缸、加工刀具和刀架夹持端为同轴；油缸设有活塞、前缸筒、后缸筒，后缸筒的两端分别沿轴线方向设有后凸缘、前凸缘，后凸缘、前凸缘均为圆筒形；刀架夹持端的一端插装于后凸缘，刀架夹持端的另一端与数控车床的动力输出端连接；后缸筒通过前凸缘插装于前缸筒，且后缸筒、前缸筒通过螺栓连接固定，后缸筒与前缸筒相对应一端的接触面安装密封圈，后缸筒的侧面开设油孔；前缸筒的
前端设置活塞套，活塞套为一端带法兰的圆筒形结构，活塞套通过圆筒插装于前缸筒，活塞套的法兰与前缸筒通过螺栓连接，活塞依次穿设于活塞套中心孔、前缸筒中心孔、后缸筒中心孔，且与活塞套、前缸筒、后缸筒呈滑动配合，活塞与前缸筒相对应的接触面安装密封圈，油孔与活塞的后端相对应，前缸筒的侧面安装螺栓，螺栓的一端伸至前缸筒内且与活塞侧面开设的导轨槽相对应，该螺栓与导轨槽配合限定活塞前后伸缩移动的距离。
[0010]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，金属材料的材质为铜、铜合金、镍、不锈钢、钛、钛合金或轴承钢。
[0011]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，金属材料的形状为轴类、板材或块体。
[0012]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，表面机械碾压刀头的球头直径2～12mm。
[0013]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，表面机械滚压刀头的球头直径2～12mm。
[0014]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，加工温度为200℃～液氮温度。
[0015]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，油缸推力为1公斤～1000公斤。
[0016]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，通过压力表控制压强调控换向阀组的油压阀门，确定压强输出，油缸活塞的面积是一定的，计算得到输出的压力。
[0017]所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，油缸固定在机械加工设备的刀架上，表面机械碾压刀头或表面机械滚压刀头与油缸活塞连接。
[0018]本专利技术的设计思想是：
[0019]在之前采用SMGT、SMRT方法加工金属样品有两个不足：一是通过加工刀具位移方法给样品加力，加力不能定量化。二是在车床加工金属样品时，装卡样品很难保证样品同轴度，如果样品在轴线上有偏差，会导致加工样品表面施加的力大小不均匀，导致施加给样品表面应力也不均匀。针对以上问题，采用压力控制装置手动调整压强的方式(见图1)，控制油压阀门的旋钮，通过压强表来设定给油缸的压强，由于油缸活塞的直径为22mm，就可以计算得到油缸活塞给SMGT刀头或SMRT刀头的公斤力(见图2)，这样就实现了对SMGT刀头或SMRT刀头加载力的控制。
[0020]本专利技术的优点及有益效果是：
[0021]本专利技术方法是在车床、铣床、磨床等机械加工设备上完成的，将压力控制装置安装在车床、铣床、磨床等机械加工设备上，通过用表面机械碾压、表面机械滚压方法逐次增加压力，来制备梯度金属材料，液压SMGT、SMRT加工的样品要比常规SMGT加工的样品均匀性要好。
附图说明
[0022]图1为压力控制装置示意图。图中，16数控车床，17压力表，18压强调控换向阀组，19油管，20油箱，21油泵。
[0023]图2为油缸和刀具连接图。其中，(a)为俯视图，(b)为(a)的A
‑
A剖视图，(c)为立体图一，(d)为立体图二。图中，1加工刀具，2活塞，3螺栓，4活塞套，5前缸筒，6螺栓，7密封圈，8密封圈，9后缸筒，10油孔，11螺栓，12刀架夹持端，13后凸缘，14前凸缘，15导轨槽。
[0024]图3为实施例1样品切取示意图。
[0025]图4为实施例1常规SMGT样品截面硬度分布图。图中，横坐标Depth代表至表面距离(μm)，纵坐标Hardness代表硬度(GPa)。
[0026]图5为实施例1液压SMGT样品截面硬度分布图。图中，横坐标Depth代表至表面距离(μm)，纵坐标Hardness代表硬度(GPa)。
[0027]图6为实施例2样品切取示意图。
[0028]图7为实施例2常规SMGT样品截面硬度分布图。图中，横坐标Depth代表至表面距离(μm)，纵坐标Hardness代表硬度(GPa)。
[0029]图8为实施例2液压SMGT样品截面硬度分布图。图中，横坐标Depth代表至表面距离(μm)，纵坐标Hardness代表硬度(GPa)。
具体实施方式
[0030]在具体实施过程中，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用控制压力制备梯度金属材料的方法，其特征在于，通过将压力控制装置安装在机械加工设备上，通过用表面机械碾压或表面机械滚压方法逐次增加压力，来制备梯度金属材料；压力控制装置设置于机械加工设备上，主要包括：压力表、压强调控换向阀组、油管、油箱、油泵，油泵的叶轮在油箱里高速旋转给油泵的另一端输出油管，通过输出油管输出足够大油压，油泵的另一端通过设置压力表的管路与压强调控换向阀组相连通，压强调控换向阀组通过油管与油缸上的油孔相连通，其工艺流程为：样品在机械加工设备上装卡，手动调整所需的压力，找到要加工的初始位置，调入表面机械碾压或表面机械滚压的加工程序，采用表面机械碾压或表面机械滚压方法加工样品，在加工过程中加工刀具伸缩5～10mm保持压力不变，加工刀具为表面机械碾压刀头或表面机械滚压刀头，确保在加工过程中样品表面受力均匀，压力不断增加，得到表面梯度金属材料。2.按照权利要求1所述的采用控制压力制备梯度金属材料的方法，其特征在于，油缸的一端通过活塞安装加工刀具，油缸的另一端通过后缸筒上的后凸缘安装刀架夹持端，油缸、加工刀具和刀架夹持端为同轴；油缸设有活塞、前缸筒、后缸筒，后缸筒的两端分别沿轴线方向设有后凸缘、前凸缘，后凸缘、前凸缘均为圆筒形；刀架夹持端的一端插装于后凸缘，刀架夹持端的另一端与数控车床的动力输出端连接；后缸筒通过前凸缘插装于前缸筒，且后缸筒、前缸筒通过螺栓连接固定，后缸筒与前缸筒相对应一端的接触面安装密封圈，后缸筒的侧面开设油孔；前缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯晓，兰爽，王镇波，李秀艳，卢柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：