一種對金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具制造技術

本實用新型專利技術涉及在軸類金屬材料表層形成納米梯度組織的表面處理技術，具體地來說為一種在車床上對軸類金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具，該刀具是固定在車床的刀架上使用的。該刀具設有固定桿、軸、軸承及旋轉輪，軸垂直設于固定桿的一側端部，軸上通過軸承安裝旋轉輪。本實用新型專利技術單輪刀具在旋轉的軸類金屬材料表面進行滾動，同時單輪刀具沿工件做單方向軸向運動，在材料表層產生塑性變形，使工件材料表層晶粒發生晶粒細化而形成梯度納米組織。本實用新型專利技術單輪刀具投資少，操作簡單方便。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及在軸類金屬材料表層形成納米梯度組織的表面處理技術，具體地來說為一種在車床上對軸類金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具。
技術介紹
目前，處理軸類金屬材料表面形成梯度納米結構的方法有表面機械研磨處理方法、滾壓方法、表面機械碾壓方法。表面機械研磨處理方法是通過高速運動的彈丸撞擊被處理材料表面，在材料表層產生強烈的塑性變形。缺點被處理材料表面粗糙度較大。表面機械碾壓方法是通過刀具對工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流變而使組織發生晶粒細化，從而提高工件表面的強度和耐磨性。缺點加工后工件的表面光潔度還是 不夠好。滾壓技術加工原理它是一種壓力光整加工，是利用金屬在常溫狀態的冷塑性特點，利用滾壓刀具對工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流動，填入到原始殘留的低凹波谷中，而達到工件表面粗糙值降低。由于被滾壓的表層金屬塑性變形，使表層組織加工硬化和晶粒變細，形成致密的纖維狀，并形成殘余應力層，硬度和強度提高，從而改善了工件表面的耐磨性、耐蝕性和配合性。滾壓是一種無切削的塑性加工方法。滾壓加工技術安全、方便，能精確控制精度，幾大優點I、提高表面粗糙度，粗糙度基本能達到Ra ( O. 08Mm左右。2、修正圓度,橢圓度可< O. 01mm。3、提高表面硬度，使受力變形消除，硬度提高HV > 40°。4、加工后有殘余應力層，提聞疲勞強度提聞30%ο5、提高配合質量,減少磨損,延長零件使用壽命,但零件的加工費用反而降低。滾壓方法的實施主體是滾壓刀具，它是一種壓力光整加工，是利用金屬在常溫狀態的冷塑性特點，通過滾壓刀具對工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流動，填入到原始殘留的低凹波谷中，而達到提高工件表面光潔度。缺點現有滾壓技術是不可能使工件表面形成納米晶體結構，對提高工件的表面硬度是有限的。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述不足之處，本技術要解決的問題在于提供一種單輪刀具，解決現有滾壓技術不能使工件表面形成納米晶體結構，對提高工件的表面硬度是有限的問題。本技術采用如下的技術方案一種對金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具，固定在車床的刀架上，該刀具設有固定桿、軸、軸承及旋轉輪，軸垂直設于固定桿的一側端部，軸上通過軸承安裝旋轉輪。固定桿和軸為一體結構。軸具有軸肩和軸體，固定桿通過軸肩與軸體連為一體，軸承套設在軸體上；旋轉輪中心部位為軸承腔和軸孔相通的結構，軸承置于軸承腔內，軸承一側通過軸承內圈緊靠軸肩，軸承另一側與軸承腔緊密配合；軸體的一端穿過軸孔伸至旋轉輪外側，所述軸體穿過軸孔的一端外周開有凹槽，凹槽內放置有擋圈II，軸穿過軸孔后，通過擋圈II限位旋轉輪于軸體上。旋轉輪的軸承腔靠近軸肩的一側開有直徑大于軸承腔的擋圈腔，擋圈腔內設置有環形擋圈I，擋圈I與軸承外圈相對應，軸承置于軸承腔后，通過擋圈I限位軸承于軸承腔中。旋轉輪的邊緣為圓弧形。旋轉輪的邊緣兩側分別采用錐面向旋轉輪的中部過渡，旋轉輪邊緣向中部過渡的錐面之間的夾角為5(Γ70°。 旋轉輪直徑為30毫米-50毫米，圓弧形邊緣的直徑為I毫米-10毫米。旋轉輪采用可更換的淬火軸承鋼旋轉輪。本技術具有如下的優點和技術效果I、本技術涉及滾壓技術，但又區別于滾壓技術。本技術的關鍵在于設計出了一種單輪刀具，在對軸類金屬材料表層進行加工時，繼承了滾壓技術的優點，和滾壓技術相比單輪刀具在加工軸類金屬材料時大幅度的減小了軸類金屬材料表層的晶粒尺寸，使得軸類金屬材料表層的強度也顯著增強。2、本技術單輪刀具在旋轉的軸類金屬材料表面進行滾動，同時單輪刀具沿工件做單方向軸向運動，在材料表層產生塑性變形，使工件材料表層晶粒發生晶粒細化而形成梯度納米組織，該刀具投資少、操作簡單方便。附圖說明圖I為本技術單輪刀具的結構示意圖；圖2為本技術單輪刀具旋轉輪的結構示意圖；圖3為本技術單輪刀具固定桿及軸的結構示意圖。圖中，I固定桿；2軸；3旋轉輪；4軸承；5擋圈I ;6擋圈II ；21軸體；22軸肩；23凹槽;31軸承腔；32軸孔；33擋圈腔；34外緣。具體實施方式以下結合附圖對本技術結構進行詳細地說明實施例I如圖f 3所示，本技術對金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具，固定在車床的刀架上使用，該刀具設有固定桿I、軸2、軸承4及旋轉輪3，軸2垂直設于固定桿I的一側端部，軸2上通過軸承4安裝旋轉輪3，固定桿I和軸2為一體結構(圖I)。軸2具有軸肩22和軸體21，固定桿I通過軸肩22與軸體21連為一體，軸承4套設在軸體21上(圖I、圖3);旋轉輪3中心部位為軸承腔31和軸孔32相通的結構，軸承4置于軸承腔31內，軸承4 一側通過軸承內圈緊靠軸肩22，軸承4另一側與軸承腔31緊密配合；軸體21的一端穿過軸孔32伸至旋轉輪3外側，所述軸體21穿過軸孔32的一端外周開有凹槽23，軸2穿過軸孔32后，凹槽23內放置有擋圈116，通過擋圈116限位旋轉輪3于軸體21上(圖I、圖2、圖3)。旋轉輪3的軸承腔31靠近軸肩22的一側開有直徑大于軸承腔31的擋圈腔33，擋圈腔33內設置有環形擋圈15，擋圈15配合軸承腔31防止軸承4轉動時跑偏，擋圈15與軸承外圈相對應，軸承4置于軸承腔31后，通過擋圈15限位軸承4于軸承腔31中(圖I、圖2、圖 3)。本實施例中，旋轉輪3的邊緣34為圓弧形，旋轉輪的邊緣兩側分別采用錐面向旋轉輪的中部過渡，所述旋轉輪邊緣向中部過渡的錐面之間的夾角一般為50-70°，本實施例為60° (圖I、圖2)。 本實施例中，固定桿用于夾在車床的刀架上，材料為不銹鋼；旋轉輪由軸承鋼經淬火制成，可以更換。旋轉輪直徑為30毫米-50毫米，圓弧形邊緣的直徑為I毫米-10毫米。本技術單輪刀具是在車上加工軸類金屬材料，在加工時，軸類金屬材料固定在車床的卡盤上，單輪刀具固定在刀架上，單輪刀具對軸類金屬材料的表面進行無切削的塑性加工。下面詳細描述一下單輪刀具對軸類金屬材料表面的加工方法單輪刀具對軸類金屬材料表面的加工是在車床上完成的。首先是將軸類金屬材料固定在車床的卡盤上，然后將單輪刀具固定在刀架上，選擇適合的邊緣不同直徑的旋轉輪，通過合理的調整車床卡盤的轉速、單輪刀具的進刀量、單輪刀具單方向的軸向前進速度及加工的次數等參數，冷卻介質和加工潤滑劑均采用潤滑油循環系統實現，對軸類金屬材料表面進行處理，其表面形貌與滾壓技術相當，軸類金屬材料表面會形成納米梯度組織，而滾壓技術僅僅獲得變形組織或亞微米尺寸晶粒。權利要求1.一種對金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具，固定在車床的刀架上，其特征在于，該刀具設有固定桿、軸、軸承及旋轉輪，軸垂直設于固定桿的一側端部，軸上通過軸承安裝旋轉輪。2.按照權利要求I所述的對金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具，其特征在于，固定桿和軸為一體結構。3.按照權利要求I所述的對金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具，其特征在 于，軸具有軸肩和軸體，固定桿通過軸肩與軸體連為一體，軸承套設在軸體上； 旋轉輪中心部位為軸承腔和軸孔相通的結構，軸承置于軸承腔內，軸承一側通過軸承內圈緊靠軸肩，軸承另一側與軸承腔緊密配合；軸體的一端穿過軸孔伸至旋轉輪外側，所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種對金屬材料表層進行處理提高材料性能的單輪刀具，固定在車床的刀架上，其特征在于，該刀具設有固定桿、軸、軸承及旋轉輪，軸垂直設于固定桿的一側端部，軸上通過軸承安裝旋轉輪。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：斯曉，陶乃镕，盧柯，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：實用新型
國別省市：