專利名稱：精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械零件制造技術(shù)領(lǐng)域的裝置和工藝，具體是一種精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置及其加工工藝。
背景技術(shù)：
提高材料的表面性能對延長機(jī)械零件的使用壽命和發(fā)揮材料的潛力起著至關(guān)重要的作用。由此應(yīng)運(yùn)而生的表面塑性變形強(qiáng)化技術(shù)作為一門獨(dú)立學(xué)科得到快速發(fā)展，并成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家機(jī)械工業(yè)發(fā)展的新重點(diǎn)。但目前所使用的滾壓強(qiáng)化技術(shù)，由于滾輪裝置設(shè)計不合理，易磨損，壽命低，導(dǎo)致精軋后零件表面因超差造成報廢。
因此，在精軋強(qiáng)化滾平加工的條件下，現(xiàn)在迫切建立這樣的加工條件，保證表面層具有最高顯微硬度值、最大的殘余應(yīng)力值，最小的表面粗糙度。
針對目前精軋強(qiáng)化滾壓裝置滾輪都只有一個，效率低下且零件表面變形不均勻， 并且目前滾壓頭大都為硬質(zhì)合金，在滾壓初始階段是處在室溫狀態(tài)下，這種狀態(tài)下硬質(zhì)合金呈硬脆性，這時滾壓頭滾壓時易脆裂。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN101486045，
公開日2009_07_22， 記載了一種“中頻感應(yīng)加熱式熱雙輥可逆軋機(jī)及軋制方法”，該技術(shù)包括半開式感應(yīng)加熱器可逆軋機(jī)本體，所述的軋機(jī)本體的感應(yīng)負(fù)載線圈按軋輥軸向排布，所述的軋機(jī)本體的軸承設(shè)置冷卻水道進(jìn)行循環(huán)水冷卻，所述的軋機(jī)本體的軋輥加熱系統(tǒng)采用晶閘式中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，軋輥表面溫度采用遠(yuǎn)紅外傳感器。但該技術(shù)為熱軋機(jī)軋輥預(yù)熱裝置，是對板坯雙面受力大變形軋機(jī)，大功率的感應(yīng)加熱器；軋輥整個長度可達(dá)幾米，對板坯施力的是成對布排的軋輥。而不是本滾壓裝置僅僅是零件單側(cè)表面滾光小變形，僅僅由兩個小滾輪對零件表面滾壓施力，對比文件如此大功率感應(yīng)加熱裝置不能用于本發(fā)明。
中國專利文獻(xiàn)號CN102179404A，
公開日2011_09_14，記載了一種“一種金屬板帶材的熱輥溫軋裝置及方法”，該技術(shù)在雙輥軋機(jī)的每個軋輥近距離處設(shè)置一個加熱裝置，由兩個對稱設(shè)置的金屬管組和一個連接管構(gòu)成；金屬管組由上匯總管、下匯總管和多個圓弧形金屬管構(gòu)成，設(shè)有進(jìn)水口和出水口，并連接交流電源的兩極；方法為通過交流電源對金屬管架施加交流電，啟動軋輥，通過磁場感應(yīng)將軋輥表面加熱至200 900°C ;向圓弧形金屬管內(nèi)通入水；將金屬板帶材送入軋輥中進(jìn)行軋制。但技術(shù)主要偏重于軋制難變形金屬，預(yù)熱軋輥是坯料在變形時與軋輥接觸表面熱損失小，不因坯料溫度迅速下降塑性降低難以正常軋制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置及其加工工藝，設(shè)置了配合默契的兩個滾壓頭，使?jié)L壓效率提高一倍；并且隨著滾壓頭磨損，其伸出長度則可以通過滾輪外徑變化隨即調(diào)整；本發(fā)明還具有感應(yīng)加熱裝置，待滾壓頭受到變形熱到40(TC時，感應(yīng)加熱裝置會自動斷開停止加熱；滾壓頭溫度低于350°C時又會自動加熱滾壓頭。這樣使?jié)L壓頭由冷脆狀態(tài)變成熱塑狀態(tài)，延長滾壓頭使用壽命。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明涉及一種精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，包括固定連接的支撐體和襯套，下滾壓頭和帶有自感應(yīng)加熱裝置的上滾壓頭分別固定設(shè)置于支撐體和刀桿內(nèi)部。
所述的自感應(yīng)加熱裝置包括PID(比例-積分-微分)調(diào)節(jié)器以及分別與之相連接的加熱件、電壓表、變阻器、變壓器和熱電偶，其中加熱件、變阻器、刀桿與電源構(gòu)成加熱環(huán)路，變壓器跨接于加熱件的兩端以檢測輸出功率，設(shè)置于硬質(zhì)合金制成的上滾壓頭的芯部的熱電偶與PID調(diào)節(jié)器相連以實(shí)現(xiàn)自動感應(yīng)加熱及溫度控制。
所述的自動感應(yīng)加熱裝置對上滾壓頭進(jìn)行預(yù)熱，并當(dāng)溫度調(diào)節(jié)器檢測到預(yù)熱溫度達(dá)到380°C后調(diào)整變阻器達(dá)到保溫功能，開始精軋強(qiáng)化加工。
所述的上滾壓頭的表面粗糙度為Ra = 0.2 μ M，錐角α =90°，下滾壓頭的表面粗糙度Ra = O. I μ Μ，錐角α =90°。
所述的下滾壓頭的外徑小于上滾壓頭的外徑，優(yōu)選小于2mm，下滾壓頭的外徑為 ψ8 nm，則下滾壓頭保證表面層更大顯微硬度值和殘余壓縮應(yīng)力值，而上滾壓頭則具有表面T且糙度高度參數(shù)的較小值。
本發(fā)明涉及上述裝置的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工工藝，包括以下步驟
第一步、將待處理的20鋼的滾子零件經(jīng)冷擠壓沖孔后置于儀表車床的主軸上并用夾具固定。
第二步、首先將所述精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置安裝在車床拖板上，并依次啟動車床和精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，啟動自感應(yīng)加熱裝置并當(dāng)滾壓頭預(yù)熱到 380°C時，使上滾壓頭逐步靠近滾子零件的上滾子左端圓柱面；
然后用軸向調(diào)整螺釘調(diào)整上滾壓頭的尺寸并伸進(jìn)工件表面O. 1mm，下滾輪比上滾輪多伸進(jìn)工件表面O. Olmm,以確保沿著上滾壓頭所形成的表面粗糙度形狀通過以滿足上下滾壓頭的軸心水平間距，即ΛΧ。
第三步、啟動上、下滾壓頭并設(shè)置進(jìn)給量Sci = O. 07mm/rpm(毫米/分轉(zhuǎn))，滾平速度V = 25. lm/min(米/分)，加工深度hs = 60 100 μ M(微米),優(yōu)選加工深度為hs = 75 μ Μ,優(yōu)選進(jìn)給量為Stl = O. lmm/rpm,并進(jìn)行精軋?zhí)幚?精軋過程中可進(jìn)一步通過調(diào)整墊片精調(diào)Λ X的距離。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明加工過程的生產(chǎn)率能夠提高到2倍，滾平表面高度參數(shù)減少到1/4。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為帶有預(yù)熱工作部分滾壓頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為預(yù)熱和未預(yù)熱滾壓表面粗糙度Ra與滾壓時間t的關(guān)系示意圖中 曲線I為未預(yù)熱的壓頭，曲線2為預(yù)熱壓頭。
圖4為實(shí)施例待處理滾子零件示意圖。
圖5為上、下滾壓頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為實(shí)施例應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例I
如圖I所示，本實(shí)施例包括固定連接的支撐體4和襯套10，下滾壓頭2和帶有自感應(yīng)加熱裝置的上滾壓頭I分別固定設(shè)置于支撐體4和刀桿6內(nèi)部。
所述的固定連接通過兩組共四根垂直于上滾壓頭I、下滾壓頭2軸的螺釘3、7、11、 12實(shí)現(xiàn)；
所述的固定設(shè)置是指
I)下滾壓頭2分別與貫穿刀桿6并與支撐體4固定連接的第一螺釘13和第二螺釘14相接觸；
2)上滾壓頭I分別與固定于刀桿6內(nèi)的垂直定位螺釘5和軸向調(diào)整螺釘8相接觸。
所述的軸向調(diào)整螺釘8與上滾壓頭I同軸設(shè)置，且軸向調(diào)整螺釘8與上滾壓頭I 相接觸的位置設(shè)有軸向的襯套10。
所述的垂直定位螺釘5與第一螺釘13和第二螺釘14軸向平行，該垂直定位螺釘 5保證襯套10的固定并阻止其沿本身軸線旋轉(zhuǎn)。
所述的軸向調(diào)整螺釘8用于調(diào)整兩個滾壓頭彼此相對伸出長度。
所述的支撐體4并與襯套10之間設(shè)有調(diào)整墊片9，用于對上下滾壓頭2軸心距離進(jìn)行微調(diào)。
所述的自感應(yīng)加熱裝置包括PID(比例_積分-微分)調(diào)節(jié)器(圖中未示出)以及分別與之相連接的加熱件15、電壓表16、變阻器R、變壓器17和熱電偶(圖中未示出)， 其中加熱件15、變阻器R、刀桿6與電源構(gòu)成加熱環(huán)路，變壓器17跨接于加熱件15的兩端以檢測輸出功率，設(shè)置于硬質(zhì)合金制成的上滾壓頭I的芯部的熱電偶與PID調(diào)節(jié)器相連以實(shí)現(xiàn)自動感應(yīng)加熱及溫度控制。
所述的PID調(diào)節(jié)器采用日本島電FP93可編程PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)高精度溫控系統(tǒng)，溫度控制精度達(dá)到±1°C。
如圖2所示，所述的加熱件15為外部繞有感應(yīng)線圈的空心銅管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部通過通水實(shí)現(xiàn)實(shí)時冷卻。
所述的自動感應(yīng)加熱裝置對上滾壓頭I進(jìn)行預(yù)熱，并當(dāng)溫度調(diào)節(jié)器檢測到預(yù)熱溫度達(dá)到380°C后調(diào)整變阻器R達(dá)到保溫功能，開始精軋強(qiáng)化加工。
所述的下滾壓頭2的外徑為Mmm且小于上滾壓頭I的外徑2mm，這樣能夠保證下滾壓頭2的表面層更大顯微硬度值和殘余壓縮應(yīng)力值，而上滾壓頭I則具有表面平整粗糙度高度參數(shù)的較小值。因此，與現(xiàn)行最好滾平工具相比，加工過程的生產(chǎn)率能夠提高到2 倍，滾平表面高度參數(shù)減少到1/4。
如圖6所示，所述的上滾壓頭I的表面粗糙度為Ra = O. 2μΜ，錐角α =90°，下滾壓頭2的表面粗糙度Ra = O. I μ Μ，錐角α =90°。
如圖6所示，本實(shí)施例通過以下方式實(shí)現(xiàn)精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工工藝
第一步、將上述滾壓裝置沿著金屬加工設(shè)備中心軸線安裝，以便上滾壓頭I和下滾壓頭2離該軸線近等距離。將待處理的20鋼的滾子零件經(jīng)冷擠壓沖孔后置于儀表車床的主軸上并用夾具固定。
第二步、首先將所述精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置安裝在車床拖板上，并依次啟動車床和精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，啟動加熱件15并當(dāng)滾壓頭預(yù)熱到380°C時， 使上滾壓頭逐步靠近滾子零件的上滾子左端圓柱面；
如圖6所示，用軸向調(diào)整螺釘調(diào)整上滾壓頭的尺寸并伸進(jìn)工件表面O. 1mm，下滾輪比上滾輪多伸進(jìn)工件表面O. Olmm,以確保沿著下滾壓頭所形成的表面粗糙度形狀通過以滿足上下滾壓頭的軸心水平間距，即ΛΧ。
第三步、啟動上、下滾壓頭并設(shè)置進(jìn)給量為Stl = O. lmm/rpm (毫米/分轉(zhuǎn))，滾平速度V = 25. lm/min(米/分)，加工深度為hs = 75 μ M，并進(jìn)行精軋?zhí)幚恚堖^程中可進(jìn)一步通過調(diào)整墊片精調(diào)ΛΧ的距離。
當(dāng)下滾壓頭2采用比上滾壓頭I更小尺寸直徑，則下滾壓頭2保證表面層更大顯微硬度值和殘余壓縮應(yīng)力值，而上滾壓頭I則具有表面平整粗糙度高度參數(shù)的較小值。因此，與現(xiàn)行最好滾平工具相比，加工過程的生產(chǎn)率能夠提高到2倍，平整表面高度參數(shù)減少到 1/4。
眾所周知，滾平初始階段，硬質(zhì)合金滾壓頭(YG10H，91. 5HRA, σ b = 2200MPa)呈現(xiàn)脆性狀態(tài)。滾壓頭工作部分在滾壓過程中受熱并伴生磨損，呈現(xiàn)典型的硬質(zhì)合金脆性破壞， 嚴(yán)重影響滾壓頭壽命。因此，預(yù)熱滾壓頭到開始加工應(yīng)該能提高滾壓頭壽命，使硬質(zhì)合金由脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成脆_塑性狀態(tài)。經(jīng)試驗(yàn)，將滾壓頭預(yù)熱到350 40(TC，滾壓速度I. 16m/s 時，滾壓頭壽命提高2倍。在實(shí)施中，滾壓頭預(yù)熱到380°C后，斷開加熱電路，開始滾壓加工。
硬質(zhì)合金滾壓頭被加熱，隨后在加熱元件4與滾壓頭接觸區(qū)域產(chǎn)生有效熱電動勢。上滾壓頭I加熱到規(guī)定溫度380°C后電路斷開供電靠向零件，開始精軋強(qiáng)化加工。
如圖3所示，為出滾壓表面粗糙度Ra與滾壓時間t的關(guān)系。曲線I滾壓頭預(yù)熱到 380°C后開始滾壓加工，曲線2滾壓頭未經(jīng)預(yù)熱開始滾壓加工。比較后可得到結(jié)論預(yù)熱后硬質(zhì)合金滾壓頭工作部分增加了壽命。根據(jù)圖中比較后可得到本實(shí)施例效果，即預(yù)熱后硬質(zhì)合金滾壓頭壽命增加50% ;滾出的工件表面粗糙度低了 6. 4%。
所設(shè)計的工具結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中是足夠簡單的，在制造成本上與市面流行的差不多，因此，在制造重要零件時，可以合理運(yùn)用到工業(yè)企業(yè)中。
權(quán)利要求
1.一種精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征在于，包括固定連接的支撐體和襯套，下滾壓頭和帶有自感應(yīng)加熱裝置的上滾壓頭分別固定設(shè)置于支撐體和刀桿內(nèi)部； 所述的固定設(shè)置是指 1)下滾壓頭分別與貫穿刀桿并與支撐體固定連接的第一螺釘和第二螺釘相接觸； 2)上滾壓頭分別與固定于刀桿內(nèi)的垂直定位螺釘和軸向調(diào)整螺釘相接觸。
所述的軸向調(diào)整螺釘與上滾壓頭同軸設(shè)置，且軸向調(diào)整螺釘與上滾壓頭相接觸的位置設(shè)有軸向的襯套。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征是，所述的垂直定位螺釘與第一和第二螺釘軸向平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征是，所述的支撐體并與襯套之間設(shè)有調(diào)整墊片，用于對上下滾壓頭軸心距離進(jìn)行微調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征是，所述的自感應(yīng)加熱裝置包括=PID調(diào)節(jié)器以及分別與之相連接的加熱件、電壓表、變阻器、變壓器和熱電偶，其中加熱件、變阻器、刀桿與電源構(gòu)成加熱環(huán)路，變壓器跨接于加熱件的兩端以檢測輸出功率，設(shè)置于硬質(zhì)合金制成的上滾壓頭的芯部的熱電偶與PID調(diào)節(jié)器相連以實(shí)現(xiàn)自動感應(yīng)加熱及溫度控制，該自動感應(yīng)加熱裝置對上滾壓頭進(jìn)行預(yù)熱，并當(dāng)溫度調(diào)節(jié)器檢測到預(yù)熱溫度達(dá)到350°C后調(diào)整變阻器達(dá)到保溫功能，開始精軋強(qiáng)化加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征是，所述的加熱件為外部繞有感應(yīng)線圈的空心銅管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部通過通水實(shí)現(xiàn)實(shí)時冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征是，所述的下滾壓頭的外徑小于上滾壓頭的外徑2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征是，所述的下滾壓頭的外徑為ip8mm。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，其特征是，所述的上滾壓頭的表面粗糙度為Ra = 0.2 μ M，錐角α =90°，下滾壓頭的表面粗糙度Ra =O.I μ Μ,錐角 α = 90°。
9.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述裝置的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步、將待處理的20鋼的滾子零件經(jīng)冷擠壓沖孔后置于儀表車床的主軸上并用夾具固定； 第二步、首先將所述精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置安裝在車床拖板上，并依次啟動車床和精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置，合上滾壓頭預(yù)熱裝置，使上滾壓頭逐步靠近滾子零件的上滾子左端圓柱面； 然后用軸向調(diào)整螺釘調(diào)整上滾壓頭的尺寸并伸進(jìn)工件表面O. 1mm，下滾輪比上滾輪多伸進(jìn)工件表面O. Olmm,以確保沿著下滾壓頭所形成的表面粗糙度形狀通過以滿足上下滾壓頭的軸心水平間距； 第三步、啟動裝置并設(shè)置進(jìn)給量Stl = O. 07mm/rpm,滾平速度v = 25. lm/min,加工深度hs = 60 100 μ Μ，并進(jìn)行精軋?zhí)幚怼?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求9所述工藝，其特征是，所述第三步為啟動裝置并設(shè)置進(jìn)給量Stl=O. lmm/rpm，滾平速 度v = 25. lm/min，加工深度hs = 75 μ Μ,并進(jìn)行精軋?zhí)幚怼?br> 全文摘要
一種機(jī)械零件制造技術(shù)領(lǐng)域的精軋強(qiáng)化雙滾壓頭滾平加工裝置及其加工工藝，該裝置包括固定連接的支撐體和襯套，下滾壓頭和帶有自感應(yīng)加熱裝置的上滾壓頭分別固定設(shè)置于支撐體和刀桿內(nèi)部；本發(fā)明通過設(shè)置了配合默契的兩個滾壓頭，使?jié)L壓效率提高一倍；并且隨著滾壓頭磨損，其伸出長度則可以通過滾輪外徑變化隨即調(diào)整；本發(fā)明還具有自感應(yīng)加熱裝置，待滾壓頭受到變形熱到380℃時，感應(yīng)加熱裝置會自動斷開停止加熱；滾壓頭溫度低于380℃時又會自動加熱滾壓頭。這樣使?jié)L壓頭由冷脆狀態(tài)變成熱塑狀態(tài)，延長滾壓頭使用壽命。
文檔編號B23P9/02GK102922217SQ20121041072
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者呂景林, 王以華, 張丹華, 甘元 申請人:江蘇保捷鍛壓有限公司