一种预应力淬硬磨削复合加工方法技术

一种预应力淬硬磨削复合加工方法，属于材料表面机械加工技术领域，特别是涉及一种将磨削、淬火及残余应力控制三者集成的预应力淬硬磨削复合加工方法。本发明专利技术的加工方法包括如下步骤：将待磨削工件安装到预应力加载装置中，当工件安装到位后，对工件施加预拉应力，此时两者组成装配体；将装配体安放于磨削机构内，在磨削机构内的磨削位置对装配体进行装夹固定，装夹固定完毕后，由磨削机构对装配体内的工件进行不施加磨削液的干磨削加工；磨削加工结束后，进行空气冷却，直到工件温度降低到室温为止；当工件温度达到室温时，卸载预拉应力，将工件从预应力加载装置中取出，完成工件的预应力淬硬磨削加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料表面机械加工
，特别是涉及一种将磨削、淬火及残余应力控制三者集成的预应力淬硬磨削复合加工方法。
技术介绍
在机械加工过程中，磨削加工往往是零件的终加工方法，零件的最终表面完整性指标与磨削过程紧密相关，在制造业中应用广泛，素有“工业牙齿”之称，与现代装备制造业的发展有着密不可分的关系。磨削加工要符合绿色制造的发展要求，也是未来磨削技术发展的大趋势。目前，对于磨削加工共有三种方式，包括传统磨削方式、预应力磨削方式及磨削淬硬方式。传统磨削方式是将磨削、淬火及残余应力控制作为三个独立的工序进行操作。其中磨削加工主要采用湿磨削工艺,磨削过程中使用磨削液来降低和减少磨削热。这种加工方式的缺点有两种，其一是对磨削过程中产生的大量磨削热仅作为有害热源，通过使用大量的磨削液加以减少或消除，这样做不仅使磨削加工费用增高，而且也使磨削产生的热能白白浪费；而磨削后的零件表面硬度很低，很难达到使用要求，需要再进行淬火等后续热处理工序进行表面硬化处理。其二是这种加工方式会产生很大的残余拉应力，影响工件的疲劳寿命，因此往往需要在零件加工完毕后，对其进行喷丸、压延等后续的残余应力控制工序来减少残余拉应力，增加残余压应力。结果是既增加了场地、设备、人员等的投入，又限制了生广率的提闻。预应力磨削方式是一种对传统磨削方式的改良。它将残余应力控制与磨削相集成，但磨削仍为湿磨削。该加工方法是在磨削过程中，通过对工件施加预拉应力，对磨削后工件表面的残余应力进行主动控制与干预。预应力磨削方式可以有效改变已加工表面的残余应力状态,减少残余拉应力，增加残余压应力，从而提高工件表面的疲劳寿命，增加工件表面的抗磨损性能和抗腐蚀开裂的性能。该加工方法虽对磨削残余应力进行了主动的干预与控制，达到了“抗疲劳”效果，但缺点也是显而易见的，一方面加工过程中消耗了大量的磨削液，增加了生产成本又污染了环境；另一方面对磨削热没有加以利用而白白浪费，且零件加工后表面硬度不足往往还需进行后续热处理，这样既增加了加工时间、场地、设备、人员的投入，又造成资源利用率低、污染环境的不良后果，因此这种加工方法并不满足绿色制造要求。磨削淬硬方式，满足“绿色制造”的要求，这种方式是将磨削与淬火工序相集成，利用磨削热对零件表面进行淬火的加工方法，磨削过程是不使用磨削液的干磨削。该方法将磨削热变害为宝，使磨削与淬火相集成，不但节约了能源、缩短了生产周期、提高了生产效率，还减少了有害物质的排放。但其缺点也有两方面，其一是这种加工方法在磨削过程中没有考虑零件的“抗疲劳”性能，工件表面残余拉应力较大，未能使材料物尽其用，达到最大的使用寿命，为提高零件疲劳寿命和抗磨损、耐腐蚀能力，需单独开设残余应力控制工序，增加了设备、人员、场地等的投入，同时还不利于生产率的进一步提高；其二是这种加工方式会产生很高的磨削热，加工完成后工件会发生变形(对于薄壁工件影响更为明显)，这就极大地影响了工件的加工精度。造成零件表面质量下降，由此限制了该项技术的推广和应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供，该方法从“抗疲劳”性能、“绿色制造”的观念出发，以磨削淬硬方式为基础，再结合预应力磨削方式的优点，在磨削过程中既对磨削热进行有效利用，又通过施加预应力对工件表面残余应力状态进行主动控制与干预，是在磨削一道工序中完成了磨削、淬火、零件表面残余应力控制的技术方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:，包括如下步骤:步骤一:将待磨削工件安装到预应力加载装置中，当工件安装到位后，对工件施加预拉应力，此时两者组成装配体；步骤二:将装配体安放于磨削机构内，在磨削机构的磨削位置对装配体进行装夹固定，装夹固定完毕后，由磨削机构对装配体内的工件进行不施加磨削液的干磨削加工；步骤三:磨削加工结束后，进行空气冷却，直到工件温度降低到室温为止；步骤四:当工件温度达到室温时，卸载预拉应力，将工件从预应力加载装置中取出，完成工件的预应力淬硬磨削加工。本专利技术的有益效果:1、本专利技术与现有技术相比，将磨削、淬火及残余应力控制三者集成在一道工序中完成，有效的减少了加工工序、缩短了加工时间，提高了资源利用率及劳动生产率，避免了单独淬火、残余应力控制所需的场地、设备及人员投入。2、本专利技术与传统磨削方式和预应力磨削方式相比，直接采用磨削热对工件进行淬火，既将磨削热变害为利，有效的利用了热能，又减少了热处理工序，避免了热处理工艺产生的废水、废料对环境的污染，符合“绿色制造”的要求。3、本专利技术与磨削淬硬方式相比，工件可获得理想应力状态，当工件加工完毕卸载预应力后，工件会向原平直状态的方向恢复，可有效的降低工件变形程度，使其具有更高的加工精度，更低的表面粗糙度，改善加工后的工件表面质量。附图说明图1为应用于本专利技术的预应力加载装置与工件装配后结构示意图；图2为应用于本专利技术的工件结构示意图；图3为应用于本专利技术的预应力加载装置结构示意图；图中，I一工件，2—预应力加载装置，3—螺母。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。，包括如下步骤:步骤一:将待磨削工件I安装到预应力加载装置2中，当工件I安装到位后，对工件I施加预拉应力，此时两者组成装配体；本实施例中工件I如图2所示，其尺寸为140mmX9mmX14mm，其中磨削段为90mm，在工件I的两端各加工有M8的螺纹，螺纹长度均为20mm，螺纹与磨削段之间采用长度为5mm的逐渐过渡连接，工件I的材料采用45#钢；如图3所示的预应力加载装置2，其尺寸为122mmX32mmX20mm，其中工件I安放位置的宽度为10_。如图1所示，通过螺母3将工件I紧固在预应力加载装置2内，螺母3的紧固程度决定了施加预应力的大小，其中预应力数值可按力学公式计算得出；步骤二:将装配体安放于磨削机构内，在机构内的磨削位置对装配体进行装夹固定，装夹固定完毕后，磨削机构便可以对装配体内的工件I进行不施加磨削液的干磨削加工；本实施例中，磨削机构采用型号为M7133的平面磨床，磨削用的砂轮材质采用白刚玉，粒度为F60，直径350mm。装配体被电磁力吸附于磨床上，砂轮转速为1440r/min，工件I进给速度为10m/min ；步骤三:磨削加工结束后，不能马上卸载预应力，要进行空气冷却，直到工件I的温度降到室温为止；步骤四:当工件I的温度达到室温时，卸载预拉应力，将工件I从预应力加载装置2中取出，完成工件I的预应力淬硬磨削加工。为了更好的验证本专利技术的有益效果，同时进行了与磨削淬硬试件(预应力为零)的对比试验,试验对比结果如下:一、残余应力的检测:本次对比试验中，残余应力的检测采用盲孔法。盲孔法是在存在残余应力的试件上钻孔，残余应力的释放将在已加工表面产生变形，根据孔周围的变形求出残余应力。孔周围应变的测量采用电阻应变仪。其中应变仪的型号为ASM2-3-X的旋钮式应力检测仪，应变片的型号为BSF120-1.5CA-T，钻孔采用型号为BG-5158的便携式台钻，钻头采用直径为1.5mm的合金钢钻头，接线端子为38-22-1。表I中残余应力值为距离试件切入端0.25L位置处的数值，其中L为试件的磨削长度。表I磨削试验参数及残余应力检测结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预应力淬硬磨削复合加工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将待磨削工件安装到预应力加载装置中，当工件安装到位后，对工件施加预拉应力，此时两者组成装配体；步骤二：将装配体安放于磨削机构内，在磨削机构的磨削位置对装配体进行装夹固定，装夹固定完毕后，由磨削机构对装配体内的工件进行不施加磨削液的干磨削加工；步骤三：磨削加工结束后，进行空气冷却，直到工件温度降低到室温为止；步骤四：当工件温度达到室温时，卸载预拉应力，将工件从预应力加载装置中取出，完成工件的预应力淬硬磨削加工。

【技术特征摘要】
1.一种预应力淬硬磨削复合加工方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:将待磨削工件安装到预应力加载装置中，当工件安装到位后，对工件施加预拉应力，此时两者组成装配体； 步骤二:将装配体安放于磨削机构内，在磨削机构的磨削位置对装配体进行装夹固定，装...

【专利技术属性】
技术研发人员：修世超，白斌，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：