專利名稱：一種獲得材料復(fù)合組織的表面滾光裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料表面滾光裝置和方法，屬于材料表面強(qiáng)化和細(xì)化表層組織技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從材料組織觀點(diǎn)來(lái)看，粗大的組織將有優(yōu)良的抗蠕變性能，而細(xì)晶組織
一方面能夠推遲疲勞裂紋的形成；另一方面較多的晶界可以阻礙疲勞裂紋的擴(kuò)展。單一的組織通常只提高某方面的性能，如果根據(jù)使用需要將不同的組織集合在同一構(gòu)件中，則可獲得優(yōu)異的綜合性能，這種觀點(diǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤的制備中得到體現(xiàn)，所獲得的材料復(fù)合組織能夠更好滿足使用過(guò)程中的抗蠕變和抗疲勞的要求。采用材料表面滾光技術(shù)，能夠使塑性變形集中在坯料的表層，而心部不發(fā)生塑性變形；將變形后的坯料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢栽谂髁系谋韺有纬梢粚釉俳Y(jié)晶的細(xì)晶，而心部的組織將保持原始的狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)一種能夠使塑性變形集中在坯料的表層，而心部不發(fā)生塑性變形的裝置成為亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的材料表面滾光技術(shù)無(wú)法使塑性變形集中在坯料的表層，而心部不發(fā)生塑性變形的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種獲得材料復(fù)合組織的表面滾光裝置和方法。
本發(fā)明的一種獲得材料復(fù)合組織的表面滾光裝置由旋轉(zhuǎn)壓頭、卡盤、墊片、卡具和至少兩枚滾珠組成，所述旋轉(zhuǎn)壓頭的下端面上開(kāi)有臺(tái)肩盲孔，所述卡盤固裝在旋轉(zhuǎn)壓頭的臺(tái)肩盲孔的臺(tái)肩端面上，所述卡盤與旋轉(zhuǎn)壓頭的臺(tái)肩盲孔的底面之間形成冷卻水腔，所述卡盤的下端面上開(kāi)有固定槽，所述墊片安裝在卡盤的固定槽內(nèi)，且所述墊片與卡盤的固定槽之間為過(guò)盈配合，所述墊片的端面上均勻開(kāi)有至少兩個(gè)通孔，所述至少兩枚滾珠分別安裝在相應(yīng)的通孔內(nèi)，且每枚滾珠與相應(yīng)的通孔之間為過(guò)盈配合，所述旋轉(zhuǎn)壓頭的上端安裝在機(jī)床的安裝板上，所述卡具固裝在機(jī)床的工作平臺(tái)上，所述卡具的上
4端面上沿卡具的長(zhǎng)度方向開(kāi)有槽。
本發(fā)明的一種利用表面滾光裝置獲得材料復(fù)合組織的表面滾光方法是這 樣完成的首先，將坯料固裝在卡具的槽內(nèi)；其次，通過(guò)機(jī)床帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)壓頭、 卡盤和墊片運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)滾珠與坯料之間的距離，使?jié)L珠對(duì)坯料產(chǎn)生0.05mm 2mm的壓下量'，最后，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)床的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度使?jié)L珠在坯料的表層 以435r/min 1500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滾珠以^23.5mm/min的線速度對(duì)整 個(gè)坯料釣表面進(jìn)行滾光。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果 一、利用本發(fā)明的表面滾光 裝置使材料獲得了復(fù)合組織，塑性變形集中在坯料的表層，而心部不發(fā)生塑 性變形，本發(fā)明的表面滾光裝置還具有滾光效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低 和操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)；二、本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、容易操作，本發(fā)明的方法是通 過(guò)機(jī)床來(lái)調(diào)節(jié)滾珠與坯料之間的距離，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同厚度的坯料的表面塑性 變形，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)坯料變形層深度的控制。利用本發(fā)明的方法對(duì)Q235鋼坯 料做了表面滾光實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用有限元技術(shù)模擬技術(shù)計(jì)算出了表層塑性變形分布 規(guī)律，結(jié)果表明從表層到0.7mm的深度金屬經(jīng)歷了劇烈的塑性變形，表層最 大的等效應(yīng)變能達(dá)到0.065;并對(duì)經(jīng)過(guò)冷變形和熱處理后的Q235鋼坯料進(jìn)行 了投射電鏡試驗(yàn)和金相觀察，結(jié)果表明，在冷變形情況下經(jīng)過(guò)表面滾光后， 坯料表層出現(xiàn)了大量的位錯(cuò)纏結(jié)和大量的孿晶，坯料表層的晶粒形態(tài)由顆粒 狀變成纖維狀，這說(shuō)明坯料表層經(jīng)歷了大量的塑性變形；經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火后， 在坯料心部的晶粒依然保持原始的顆粒狀(晶粒的尺寸為50拜左右)，而表 層的晶粒出現(xiàn)明顯的細(xì)化(晶粒的尺寸為20pm左右)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主剖視示意圖，圖2是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)壓頭、卡 盤、墊片和滾珠的安裝示意圖，圖3是圖2的仰視圖，圖4是卡具的主視示 意圖，圖5是圖4的俯視圖，圖6是圖5的A-A剖視圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1 圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的滾光裝 置由旋轉(zhuǎn)壓頭l、卡盤2、墊片3、卡具4和至少兩枚滾珠5組成，所逑旋轉(zhuǎn) 壓頭1的下端面上開(kāi)有臺(tái)肩盲孔1-1，所述卡盤2固裝在旋轉(zhuǎn)壓頭1的臺(tái)肩盲
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說(shuō)明書第2/4頁(yè)
端面上沿卡具的長(zhǎng)度方孔1-1的臺(tái)肩端面上，所述卡盤2與旋轉(zhuǎn)壓頭1的臺(tái)肩盲孔1-1的底面之間形 成冷卻水腔，所述卡盤2的下端面上開(kāi)有固定槽2-1,所述墊片3安裝在卡盤 2的固定槽2-l內(nèi)，且所述墊片3與卡盤2的固定槽2-l之間為過(guò)盈配合，所 述墊片3的端面上均勻開(kāi)有至少兩個(gè)通孔3-1，所述至少兩枚滾珠5分別安裝 在相應(yīng)的通孔3-l內(nèi)，且每枚滾珠5與相應(yīng)的通孔3-l之間為過(guò)盈配合，所述 旋轉(zhuǎn)壓頭1的上端安裝在機(jī)床6的安裝板上，所述卡具4固裝在機(jī)床6的工 作平臺(tái)上，所述卡具4的上端面上沿卡具的長(zhǎng)度方向開(kāi)有槽4-l。所述機(jī)床由 北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)，其型號(hào)為XA5032。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖2 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的墊片3 的端面上的通孔3-1的數(shù)量為2 8個(gè)，所述滾珠5的枚數(shù)與墊片3上的通孔 3-1的數(shù)量相一致。如此設(shè)置，滾光效果更好。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí) 施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖4 圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的卡具4 的槽4-l為燕尾槽。如此設(shè)置，對(duì)坯料的固定效果更好，滾光效果更好。其它 組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1 圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種利 用表面滾光裝置獲得材料復(fù)合組織的表面滾光方法是這樣完成的首先，將 坯料7固裝在卡具4的槽4-l內(nèi)；其次，通過(guò)機(jī)床6帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)壓頭1、卡盤2 和墊片3運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)滾珠5與坯料7之間的距離，使?jié)L珠5對(duì)坯料7產(chǎn)生 0.05mm 2mm的壓下量；最后，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)床6的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度使?jié)L珠5 在坯料7的表層以435r/min 1500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滾珠5以 ^23.5mm/min的線速度對(duì)整個(gè)坯料7的表面進(jìn)行滾光。其它組成和連接關(guān)系 與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的滾珠5對(duì)坯 料7產(chǎn)生lmm的壓下量。如此設(shè)置，對(duì)坯料的滾光效果更好。其它組成和連 接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖l說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)床6 的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度使?jié)L珠5在坯料7的表層以1000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。如此設(shè) 置，對(duì)坯料的滾光效果更好。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的滾珠5以
23.5mm/min的線速度對(duì)整個(gè)坯料7的表面進(jìn)行滾光。如此設(shè)置，對(duì)坯料的滾 光效果更好。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
權(quán)利要求
1、一種獲得材料復(fù)合組織的表面滾光裝置，其特征在于它由旋轉(zhuǎn)壓頭(1)、卡盤(2)、墊片(3)、卡具(4)和至少兩枚滾珠(5)組成，所述旋轉(zhuǎn)壓頭(1)的下端面上開(kāi)有臺(tái)肩盲孔(1-1)，所述卡盤(2)固裝在旋轉(zhuǎn)壓頭(1)的臺(tái)肩盲孔(1-1)的臺(tái)肩端面上，所述卡盤(2)與旋轉(zhuǎn)壓頭(1)的臺(tái)肩盲孔(1-1)的底面之間形成冷卻水腔，所述卡盤(2)的下端面上開(kāi)有固定槽(2-1)，所述墊片(3)安裝在卡盤(2)的固定槽(2-1)內(nèi)，且所述墊片(3)與卡盤(2)的固定槽(2-1)之間為過(guò)盈配合，所述墊片(3)的端面上均勻開(kāi)有至少兩個(gè)通孔(3-1)，所述至少兩枚滾珠(5)分別安裝在相應(yīng)的通孔(3-1)內(nèi)，且每枚滾珠(5)與相應(yīng)的通孔(3-1)之間為過(guò)盈配合，所述旋轉(zhuǎn)壓頭(1)的上端安裝在機(jī)床(6)的安裝板上，所述卡具(4)固裝在機(jī)床(6)的工作平臺(tái)上，所述卡具(4)的上端面上沿卡具的長(zhǎng)度方向開(kāi)有槽(4-1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種獲得材料復(fù)合組織的表面滾光裝置，其特征在于所述墊片(3)的端面上的通孔(3-1)的數(shù)量為2 8個(gè)，所述滾珠(5)的枚數(shù)與墊片(3)上的通孔(3-1)的數(shù)量相一致。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種獲得材料復(fù)合組織的表面滾光裝置，其特征在于所述卡具(4)的槽(4-1)為燕尾槽。
4、 一種利用權(quán)利要求1所述表面滾光裝置獲得材料復(fù)合組織的表面滾光方法，其特征在于該方法是這樣完成的首先，將坯料(7)固裝在卡具(4)的槽(4-1)內(nèi)；其次，通過(guò)機(jī)床(6)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)壓頭(1)、卡盤(2)和墊片(3)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)滾珠(5)與坯料(7)之間的距離，使?jié)L珠(5)對(duì)坯料(7)產(chǎn)生0.05mm 2mm的壓下量；最后，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)床(6)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度使?jié)L珠(5)在坯料(7)的表層以435r/min 1500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滾珠(5)以^23.5mm/min的線速度對(duì)整個(gè)坯料(7)的表面進(jìn)行滾光。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述表面滾光方法，其特征在于滾珠(5)對(duì)坯料(7)產(chǎn)生lmm的壓下量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述表面滾光方法，其特征在于通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)床(6)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度使?jié)L珠(5)在坯料(7)的表層以1000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述表面滾光方法，其特征在于滾珠(5)以23.5mm/min的線速度對(duì)整個(gè)坯料(7)的表面進(jìn)行滾光。
全文摘要
一種獲得材料復(fù)合組織的表面滾光裝置和方法，它涉及一種材料表面滾光裝置和方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的材料表面滾光技術(shù)無(wú)法使塑性變形集中在坯料的表層，而心部不發(fā)生塑性變形的問(wèn)題。本發(fā)明的滾光裝置的卡盤固裝在旋轉(zhuǎn)壓頭的臺(tái)肩盲孔的臺(tái)肩端面上，墊片安裝在卡盤的固定槽內(nèi)，至少兩枚滾珠分別安裝在相應(yīng)的通孔內(nèi)，卡具固裝在機(jī)床的工作平臺(tái)上，卡具的上端面上沿卡具的長(zhǎng)度方向開(kāi)有槽；本發(fā)明的滾光方法的步驟為裝卡坯料、調(diào)整滾珠與坯料之間的距離、調(diào)節(jié)機(jī)床的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度使?jié)L珠在坯料的表層高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滾珠以一定的線速度對(duì)整個(gè)坯料的表面進(jìn)行滾光。本發(fā)明的滾光裝置塑性變形集中在坯料的表層；本發(fā)明的滾光方法簡(jiǎn)單且容易操作。
文檔編號(hào)B23P9/02GK101462220SQ200910071270
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者任濤林, 單德彬, 炎 呂, 徐文臣, 謝濱濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)