一种低阻力滚压抛光方法技术

本发明专利技术属于对金属材料表面进行抛光强化的方法。是低阻力滚压抛光强化方法，是将高强度高硬度的球体置于滚压头腔体内，利用高压液体以MPa以上压强作用在球体一面上，球体另一面与金属材料点接触产生更高压力达到金属塑性变形的程度，驱动腔体移动带动球体运动，实现对金属材料表面滚动抛光强化。球体在滚压头腔体内可灵活串动，能保证有同等的压力作用在挤压面上，加工头移动时的阻力是液压悬浮状态下的球体动阻力。通过改变液体压力和球体半径适应不同压力的球滚压。通过对滚压头腔体的移动进行数字控制可实现滚压抛光强化的数字控制。在以上基础上采用多点对称设计的滚压头，使反推力平衡，达到球半径量级跳动范围内自适应型面强化抛光的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料的表面工程技术，涉及对金属材料表面进行抛光和应变强化的新方法。
技术介绍
为了解决对金属零件的钣金结构关键部位的表面或者大厚度结构的孔、槽内表面或者榫头外表面进行挤压强化或抛光而开发的一种新工艺方法。金属材料滚压抛光是一个冷加工过程，可以改变材料表面残余应力和粗糙度状态，提高零件疲劳寿命，可用于提高长期服役于循环应力工况下金属零件，如航空发动机风扇及压气机叶片、飞机机身结构件、齿轮传动系统、榫头榫槽结合部位等零件的抗疲劳性能。喷丸强化，是将无数小圆形称为钢丸的介质高速且连续喷射，捶打到零件表面，使工件表面材料发生弹塑性变形并呈现残余压应力。因为当每颗钢丸撞击金属零件上，宛如一个微型棒捶敲打表面，捶出小压痕或凹陷。无数凹陷重叠形成均匀的残余压应力层。最终，零件在压应力层保护下，极大程度地改善了抗疲劳强度，延长了安全工作寿命。喷丸强化费用低，但是喷丸强化不能获得更高的表面加工精度，不能获得更深的残余压应力层，另外也不能获得准确的压应力区域。目前孔挤压、滚压强化能获得比较光滑的表面，但挤压、滚压对待强化的表面和设备条件要求高，只能针对规则的回转面进行，并且挤压的芯棒或者圆棒要与被挤压面密切配合，不然影响滚压效果。本专利技术的目的:提出一种新的费用低、易操作、低阻力的滚压抛光方法，是利用高压液体压力下球体在金属表面滚动或滑动，达到强化和抛光金属材料表面的工艺和设备来提高零件特定区域的表面粗糖度和残余应力状态，从而提闻零件的疲劳寿命。本专利技术的优点:在较大跳动范围内，由于球在上下移动过程中保持压力不变，滚压头自适应型面，无需要求加工面是很规则的平面或者回转面；压力由液体压力和球直径决定，可灵活调节；滚压头的移动阻力很小，液压悬浮下阻力几乎可以忽略，只是挤压面的球滚动阻力；对特殊型面可以采用对称球挤压方式实现力的平衡，加工头完全自适应型面；加工后表面既能达到抛光效果，起到表层致密的挤压作用，还能获得表面残余压应力提高疲劳性能。可便捷的实现对特定区域进行强化处理。高效、费用低，可用于很多情况下复杂表面，简单的机械手的力量和精度就可以满足该专利方案的加工要求，就可以持加工头对金属表面进行加工
技术实现思路
:本专利有别于喷丸强化和滚压强化，是一种低阻力滚压抛光强化方法，是将高强度、高硬度的滚压头球体置于滚压头腔体内，滚压头腔体一头与小于滚压头球体直径的高压液体管相连，滚压头腔体另一头尺寸略大于滚压头球体，滚压头球体可自由滚动和滑动，利用具有润滑作用的高压液体(水溶液、油或者其它溶液)以MPa以上大压强作用在滚压头球体一面(如钢球、玻璃球、陶瓷球或其他硬度强度超过待加工零件的材料)上，滚压头球体另一面与金属材料点接触产生更高压力以达到金属塑性变形的程度，驱动滚压头腔体移动带动滚压头球体运动(滚动或滑动)，滚压头球体在金属材料表面滚动完成抛光和强化。由于滚压头球体在滚压头腔体内高压液体压力和润滑下可以灵活串动，所以即使滚压头腔体运动轨迹与待加工金属材料表面有球半径量级的间隙误差，也能保证一直有同等的压力作用在被挤压面上，实现滚压头球体在半径量级(如毫米量级)跳动范围内自适应型面抛光强化。滚压头腔体移动时的阻力也是液压悬浮状态下的球体动阻力，因此阻力很小。通过改变高压液体压力和滚压头球体的半径适应不同压力的滚压抛光和强化。通过对滚压头腔体的移动进行数字控制可实现滚压抛光强化的数字控制。本专利在以上基础上进一步采用多点对称设计方案一例(8)的滚压头腔体，从而使反推力平衡，滚压头球体在滚压头腔体内上对称分布，滚压抛光强化时只需驱动工作臂在滚压头腔体内的对称面(7)上移动 。本专利技术的工作原理:由于液体压强以球截面的面积作用在球一端产生压力，另一端以球与面点接触形式产生挤压作用，很容易产生塑性变形,腔体中的液体同时为球滚动产生润滑、为球串动产生支撑，能实现滚压抛光的效果，并且能调节压力和适应型面，采用对称压头设计更能减少阻力。假设:R= 1.5mm，进口液压P1 ^ 7MPa，出口液SP2在开放状态下接近0，挤压压力F=(P1-P2) nR2 = 49.5N，相当于5kg力，所以加工头的反推力很小，对很多机械手或者其它运动机构而言没有任何问题。但该压力下假设球面与金属材料产生h = 10 μ m的滚压坑，滚压坑半径r 7(R*h) =122 μ m，接触区域就有IGPa的挤压压力，足够很多种材料产生塑性变形，达到塑性变形挤压抛光强化目的。本专利技术的具体实施方式:将高压液体管￠)与工作臂(5)连接，高压液体(3)通过高压液体管(6)注入滚压头腔体(2)的孔槽(孔槽固定端直径小于滚压头球体(I)的直径以限制滚压头球体(I)运动，活动端直径略大于滚压头球体(I)的直径δ，使滚压头球体(I)可以自由活动)，高压液体(3)作用在预置于孔槽内的滚压头球体(I)上，工作臂(5)上滚压头腔体(2)的孔槽带动滚压头球体(I)以一定的速度移动，使附加高压的滚压头球体(I)与待加工金属材料(4)表面点接触产生塑性变形。(要求:D < R)方案:1.对平面可以采用单球多次直线运动方式，实现大面积的强化，两排线的距离为IOum-1OOum左右，如图1。也可以采用多球排列形式实现强化，类似排耕方式，如图2。也可以采用两者混合形式。2.对不规则的曲线延伸或者回转形成的曲面可以采用图2方式按不规则曲面的近似成型轨迹排列滚压头球体(I)进行滚压抛光，通过方案I实现大面积强化；3.对齿面外壁或者榫槽内壁等对称零件采用对称滚压方式，制作与齿面或者榫槽形状适应的加工头，通过方案I实现大面积强化；4.选择不同的球直径、液体压力、滚动速度达到希望获得的表面状态。附图说明:1.图1、图2是方案说明图。2.图3是球面点接触滚压抛光原理图。3.图4是钣金双面抛光示意图。4.图5是内壁对称面抛光不意图。5.图6是内齿对称面抛光示意图。6.图7是外齿对称面抛光示意图。7.图8是多点对称设计方案一例。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低阻力滚压抛光强化方法，其基本单元为滚压头腔体(2)，将高强度、高硬度的球体(1)置于滚压头腔体内(2)，滚压头腔体(2)一端与小于球体直径的管道连接高压液体，滚压头腔体(2)另一头尺寸略大于滚压头球体(1)，滚压头球体(1)可自由滚动和滑动，压力可调的具有润滑作用的高压液体(3)(水溶液、油或者其它溶液)以MPa以上大压强作用在球体(1)上，(滚压头球体(1)大小根据实际需要确定，材料为钢球、玻璃球、陶瓷球或其他硬度强度超过待加工金属材料(4)的材料，滚压头球体(1)另一面与待加工的金属材料(4)点接触产生更高压力以达到使金属材料(4)发生塑性变形的程度，驱动滚压头腔体(2)移动带动滚压头球体(1)运动(滚动或滑动)，使高压状态下的滚压头球体(1)对金属材料表面进行滚动抛光和强化。

【技术特征摘要】
1.一种低阻力滚压抛光强化方法，其基本单元为滚压头腔体(2)，将高强度、高硬度的球体(I)置于滚压头腔体内(2)，滚压头腔体(2) —端与小于球体直径的管道连接高压液体，滚压头腔体(2)另一头尺寸略大于滚压头球体(I)，滚压头球体(I)可自由滚动和滑动，压力可调的具有润滑作用的高压液体(3)(水溶液、油或者其它溶液)以MPa以上大压强作用在球体(I)上，(滚压头球体(I)大小根据实际需要确定，材料为钢球、玻璃球、陶瓷球或其他硬度强度超过待加工金属材料(4)的材料，滚压头球体(I)另一面与待加工的金属材料(4)点接触产生更高压力以达到使金属材料(4)发生塑性变形的程度，驱动滚压头腔体(2)移动带动滚压头球体(I)运动(滚动或滑动)，使高压状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉玲，
申请(专利权)人：李辉玲，
类型：发明
国别省市：