【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属表面强化方法，具体涉及一种金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法及装置。
技术介绍
1、滚压加工是通过滚动体挤压金属零件表面，使表面产生弹塑性变形，表面硬度提高同时引入残余应力，进而抑制裂纹的萌生，提高了材料的疲劳强度，从而达到表面强化的目的。为了克服其他工艺的缺点，提高强化效率，滚压工艺还可以与其他表面强化工艺进行组合，使零件表面具有良好的表面质量，提高其强度、硬度和耐磨性，从而延长寿命。
2、处理外圆的滚压刀具，滚压过后虽然能使圆棒构件表面具有较好的表面完整性，提升金属表面硬度，获得较大的残余应力，提升疲劳寿命，但是不能处理板材金属。即使刀架头部可以旋转，能处理圆棒的端面，但对于大面积的板材难以进行高效处理。
3、处理平面的滚压刀具配备的几个滚柱，滚柱与构件表面是线接触，虽然在滚压过后可以降低构件表面粗糙度，但产生的塑性变形较小，因此产生的强化效果不明显。同时由于在滚压过程中，滚柱与构件表面是线接触，与点接触相比，接触面积较大，材料产生塑性变形所形成的热量积聚在表面，如果这些热量不及时疏导出去，将导致滚压区域温度的急剧增加，可能会造成构件表面质量下降。
4、因此研发出一种同时兼备有效和高效的金属板材表面旋滚处理抗疲劳设备和方法迫在眉睫。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足之处，本专利技术的目的在于提供一种金属表面强化方法：板材金属表面旋滚处理抗疲劳方法。滚子与金属表面为点接触，与面接触和线接触相比，增大了接触应力，提升了金
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种金属板材表面旋滚处理抗疲劳装置，包括带有旋转盘的旋滚结构和移动平台，旋转盘底部设有滚子，既能随旋转盘运动，又能自身滚动；所述移动平台上用于放置待处理金属板材，并能带动金属板材的水平移动(x轴)及竖直移动(y轴)。
4、所述滚子为球形，滚子大小可调，能够在相同的压力作用下产生不同大小的接触应力，滚子之间的间距可调，以满足处理不同表面区域大小的要求。
5、所述滚子的数量为2-50个，沿旋转盘底面圆周均匀设置。
6、所述滚子的材质硬度高于被加工金属初始表面硬度。
7、优选地，所述滚子的材质为碳钢、高温合金、高速工具钢和陶瓷材料中的一种。
8、所述移动平台上设有工作台，工作台上设有位移传感器，能够记录工作台的移动距离及位置。
9、进一步地，所述旋滚结构还包括竖直设置的板状架体、电机ⅰ和电机ⅱ，电机ⅰ的输出轴连接旋转盘，且电机ⅰ固定在板状架体的一侧；板状架体的另一侧连接滚轴丝杠，滚轴丝杠与电机ⅱ的输出轴连接，电机ⅱ通过支架固定在工作平台上。电机ⅰ为旋转盘的旋转提供动力，电机ⅱ能够控制旋转盘的上下移动。
10、进一步地，所述旋转盘包括盘体、表面封盖和推力轴承，其中：推力轴承的外圈固定于盘体内，推力轴承内圈的一侧表面上设有半圆形凹槽，用于放置滚子；表面封盖通过螺栓固定在盘体上，且表面封盖上在滚子的相应位置上设有孔，滚子经由孔凸出于表面封盖的外表面；盘体连接于电机ⅰ的输出轴，并能在电机ⅰ的控制下使盘体旋转，进而带动滚子旋转。
11、利用所述装置进行的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法为：采用所述抗疲劳装置对金属板材表面进行旋滚处理，以提高板材抗疲劳性能；该方法具体包括以下步骤：
12、(1)调整旋转盘的高度，使滚子与待处理金属板材表面接触，使其产生一定的压力，压力可以设置的范围为：0-200kg；
13、(2)使旋转盘旋以一定的速度转起来，滚子在金属表面滚动，旋转盘速度可以设置的范围为：0-600r/min；
14、(3)工件平台和旋转盘之间相对运动，到达处理面积时停止操作，平台移动的速度为0-100mm/s，平台移动的速度需要和旋转盘的速度配合起来使用；
15、(4)重复步骤(3)进行多次旋滚强化。强化过程中可以设置不同大小或者不同类型的滚子，也可以设置不同的压力、旋转盘速度和平台移动速度进行多次滚压强化。
16、上述步骤(1)中，滚子与金属表面为点接触，在相同压力的情况下，点接触产生的接触应力更大，从而提升了金属表面塑性变形效果，能够引入更大的残余应力。滚子将滑动转化为滚动，降低了表面粗糙度。
17、上述步骤(2)中，滚子既能绕旋转盘转动，又能自身滚动。旋转盘每转动一次可以有多个滚子对金属表面进行强化处理，提高了表面强化效率。
18、上述步骤(3)中，需要设置平台移动速度，旋转盘转速和移动平台移动速度是需要相互配合，以达到不同的冲击效果。
19、上述步骤(4)中，根据移动平台的位移传感器，能够记录滚压之前移动平台位置，当旋滚处理完之后，可以回到上一次旋滚的位置，使多次强化都是从同一个位置开始的，保证了强化效果。
20、本专利技术的设计机理及有益效果如下：
21、1、本专利技术基于旋-滚-移多动作相结合思想，以点接触产生更大的接触应力，提高表面硬度同时引入更大的残余应力，同时将滑动转化为滚动，使工件表面具有良好的表面质量，达到表面强化的目的，实现其疲劳延寿。
22、2、滚子与金属表面为点接触，增大接触应力，提升了金属表面塑性变形强化效果，能够引入更大的残余应力。
23、3、通过力传感器控制施加在金属表面的压力，保证加工区域所受的加工效果一致。
24、4、滚子与金属表面接触，将滑动转化为滚动，达到强化目的的同时，降低了金属表面的粗糙度。
25、5、旋转盘转动，可以增加滚子的数量，同时可以调整滚子间距大小，增加旋转盘转动速度，提高了表面强化效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种金属板材表面旋滚处理抗疲劳装置，其特征在于：该装置包括带有旋转盘的旋滚结构和移动平台，旋转盘底部设有滚子，既能随旋转盘运动，又能自身滚动；所述移动平台上用于放置待处理金属板材，并能带动金属板材的水平移动(X轴)及竖直移动(Y轴)。
2.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述滚子为球形，滚子大小可调，能够在相同的压力作用下产生不同大小的接触应力，滚子之间的间距可调，以满足处理不同表面区域大小的要求；所述滚子的数量为2-50个，沿旋转盘底面圆周均匀设置。
3.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述滚子的材质硬度高于被加工金属初始表面硬度。
4.根据权利要求3所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述滚子的材质为碳钢、高温合金、高速工具钢和陶瓷材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述移动平台上设有工作台，工作台上设有位移传感器，能够记录工作台的移动距离及位置。
6.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚
7.根据权利要求6所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述旋转盘包括盘体、表面封盖和推力轴承，其中：推力轴承的外圈固定于盘体内，推力轴承内圈的一侧表面上设有半圆形凹槽，用于放置滚子；表面封盖通过螺栓固定在盘体上，且表面封盖上在滚子的相应位置上设有孔，滚子经由孔凸出于表面封盖的外表面；盘体连接于电机Ⅰ的输出轴，并能在电机Ⅰ的控制下使盘体旋转，进而带动滚子旋转。
8.一种利用权利要求1所述装置进行的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：该方法为采用所述抗疲劳装置对金属板材表面进行旋滚处理，以提高板材抗疲劳性能；该方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：步骤(1)中，滚子与金属板材表面为点接触，在相同压力的情况下，点接触产生的接触应力更大，从而提升了金属表面塑性变形强化效果，能够引入更大的残余应力；滚子将滑动转化为滚动，降低了表面粗糙度。
10.根据权利要求8所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：步骤(3)中，设置移动平台移动速度，并通过旋转盘转速和移动平台移动速度相互配合，以达到不同的强化效果。
...【技术特征摘要】
1.一种金属板材表面旋滚处理抗疲劳装置，其特征在于：该装置包括带有旋转盘的旋滚结构和移动平台，旋转盘底部设有滚子，既能随旋转盘运动，又能自身滚动；所述移动平台上用于放置待处理金属板材，并能带动金属板材的水平移动(x轴)及竖直移动(y轴)。
2.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述滚子为球形，滚子大小可调，能够在相同的压力作用下产生不同大小的接触应力，滚子之间的间距可调，以满足处理不同表面区域大小的要求；所述滚子的数量为2-50个，沿旋转盘底面圆周均匀设置。
3.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述滚子的材质硬度高于被加工金属初始表面硬度。
4.根据权利要求3所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述滚子的材质为碳钢、高温合金、高速工具钢和陶瓷材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述移动平台上设有工作台，工作台上设有位移传感器，能够记录工作台的移动距离及位置。
6.根据权利要求1所述的金属板材表面旋滚处理抗疲劳方法，其特征在于：所述旋滚结构还包括竖直设置的板状架体、电机ⅰ和电机ⅱ，电机ⅰ的输出轴连接旋转盘，且电机ⅰ固定在板状架体的一侧；板状架体的另一侧连接滚轴丝杠...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伟，张振军，张哲峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。