專利名稱：一種機械表面強化研磨加工的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械表面加工技術領域，具體涉及一種金屬工件表面強化研磨加工的
方法。
背景技術：
現代工業(yè)化、自動化程度的飛速發(fā)展，對機械表面質量提出了更高的要求，表面的 質量好壞不僅影響到產品的外觀，而且還直接關系到產品甚至整個機械設備的壽命和可靠 性，如在航空、航天裝備和國防、軍事裝備中，某個關鍵零部件的失效就可能導致整個設備 不能運行，甚至造成嚴重的事故和災難。因此，機械表面強化研磨加工已成為工程機械、精 密器械、醫(yī)療設備，特別是航空、航天裝備及國防、軍事裝備工業(yè)中某些關鍵零部件表面加 工的必要手段。 機械零部件一般需要經過切削(包含車削、銑削、磨削等)加工才能生產出來，然 而，在切削加工過程中，由于切削熱而不可避免要在機械加工表面產生變質層，可使機械加 工表面層硬度下降，而且是拉應力層，易產生疲勞裂紋，從而降低機械零部件特別是關鍵滑 動件(包括軸承、絲杠、導軌等)的疲勞壽命和可靠性；在一般硬切削中，機械加工表面也 會出現殘余拉應力而且也難于主動控制；在采用液氮作為冷卻介質的強冷切削中，其效果 依然不夠理想，且加工成本也較高；而在采用預應力硬切削方法加工中，雖然這種加工方法 可以使機械加工表面產生殘余壓應力，但是這種基于機械零部件施加預應力進行切削加工 的方法，有如下幾個問題難以解決(l)特殊形狀及尺寸的工件難以進行預應力切削加工； (2)預應力的施加將使機加工件產生較大的彈塑性變形，難以提高加工精度和表面質量。
為了改善切削加工產生的殘余拉應力，提高機械零部件的疲勞壽命，目前廣泛使 用的是表面強化技術，主要包括表面覆層、表面改性和表面機械強化。前兩種方法，能明顯 提高機械表面接觸疲勞壽命和耐蝕性，但存在涂層與基體結合力差，工藝尚不成熟，成本昂 貴等不足；表面機械強化主要包括滾壓與噴丸強化，滾壓能在工件表面層產生殘余壓應力， 但這種方法易使表面層產生過冷作硬化而變脆，反而降低疲勞壽命，噴丸強化也可使表層 產生冷作硬化和殘余壓應力，但也存在使表面粗糙度加大及過冷作硬化的問題。而且，機械 零部件特別是精密滑動件的疲勞裂紋大多從表面開始，殘余拉應力及表面粗糙度低是其裂 紋發(fā)展的主要原因。因此，在諸如精密器械、醫(yī)療設備等工業(yè)中對表面粗糙度又有較高要求 時，表面強化后的機械零部件還需要增加一道重要的表面研磨工序，甚至是需要有經驗的 工程師傅進行手動研磨，不僅加工能力差，效率低，而且勞動強度大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述機械加工易產生有害的表面殘余拉應力以及現有機械
表面加工技術的不足，提供了一種采用集強化、研磨于一體的新加工方法，生產出具有殘余
壓應力，同時具有較佳粗糙度的機械表面的方法，以延長機械零部件的疲勞壽命。 本發(fā)明的工作原理是利用強化研磨加工設備的高壓噴射裝置把強化研磨料噴射到隨主軸驅動裝置同步運動的金屬工件表面上，對金屬工件表面進行隨機、等概率的撞擊， 一方面使金屬工件表面層發(fā)生彈塑性變形，引起強化層亞晶粒細化、位錯密度增加，晶界、 亞晶界逐步模糊不清、消失，產生有利的殘余壓應力，從而達到對金屬工件表面的強化，提 高其表面硬度、強度的效果；一方面強化研磨料與金屬工件的相對運動使其在工件表面上 產生了微切削，隨著強化研磨料的這種作用次數的不斷增加，工件表面的微切削就趨于均 勻，達到了其表面研磨的效果，得到了較佳的表面粗糙度。 本發(fā)明采用的技術方案是一種機械表面強化研磨加工的方法，包括步驟為 (1)提供金屬工件，并裝夾到強化研磨加工設備的主軸驅動裝置轉盤的夾具上； (2)提供強化研磨料，并裝入強化研磨加工設備的高壓噴射裝置； (3)利用強化研磨加工設備的高壓噴射裝置把強化研磨料噴射到轉動的金屬工件
表面進行強化研磨加工。 所述的強化研磨加工設備具有一個高壓噴射裝置和一個主軸驅動裝置，其中主軸 驅動裝置實現的運動同時具有周向轉動和軸向往復運動。 所述的強化研磨料是由混合鋼珠、強化液和研磨粉組成，其重量百分配比為
混合鋼珠 65 75%
強化液 15 25%
研磨粉 5 10% 所述的轉動的金屬工件，其轉動是由強化研磨加工設備的主軸驅動裝置驅動的。
經過強化研磨加工后，金屬工件表面具有殘余壓應力為-750 _1500MPa。
經過強化研磨加工后，金屬工件表面質量為V0. 8 V0. 4。 本發(fā)明的有益效果是，采用本發(fā)明方法加工機械零部件，提高金屬加工件表面硬 度的同時也有效的提高了其表面質量，延長了其疲勞壽命。


附圖1為本發(fā)明方法流程圖； 附圖2為本發(fā)明實施例一的加工結構示意圖； 附圖3為本發(fā)明實施例二的加工結構示意圖。 以上附圖中1、主軸驅動裝置的轉動圓盤；2、高壓噴射裝置；3、回轉體金屬工件； 4、高壓噴射裝置；5、主軸驅動裝置的轉動圓盤；6、箱體類金屬工件。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例一 如圖2所示，一種機械表面強化研磨加工的方法，對于回轉體金屬工件3表面的 強化研磨加工，采用在主軸驅動裝置的轉動圓盤1的回轉軸心上，利用夾具把回轉體工件3 的端面靠緊串成一列且其中心與轉動圓盤回轉1中心對準同軸，把是由75%的混合鋼珠、 20 %的強化液和5 %的研磨粉組成的強化研磨料裝入強化研磨加工設備的高壓噴射裝置 2，一方面利用高壓噴射裝置2通過高壓噴射的方式把強化研磨料噴射到回轉體金屬工件3 加工表面， 一方面主軸驅動裝置帶動回轉體金屬工件3產生周向運動和軸向的來回往復運動，隨著加工時間的增加，回轉體金屬工件3表面的碰撞與微切削就趨于均勻，加工出表面具有殘余壓應力達-813 _14271^￡1，表面粗糙度達￥0. 6，與滾壓法，噴丸法相比，不僅沒有引起過冷作硬化，而且平均提高了表面硬度約2HRC的同時，而且還將表面粗糙度平均降低了 0. 09 ii m，達到了既提高其表面強度又提高其表面質量的目的，延長了其疲勞壽命。
實施例二 如圖3所示，一種機械表面強化研磨加工的方法，對于箱體類金屬工件表面6的強化研磨加工，采用在主軸驅動裝置的轉動圓盤5的外圓上等分地裝上夾具，把需強化研磨的箱體類金屬工件6裝夾到夾具上，再把是由72%的混合鋼珠、18%的強化液和10%的研磨粉組成的強化研磨料裝入強化研磨加工設備的高壓噴射裝置4， 一方面利用高壓噴射裝置4通過高壓噴射的方式把強化研磨料噴射到箱體類金屬工件6加工表面， 一方面主軸驅動裝置帶動箱體類金屬工件6產生周向運動和軸向的來回往復運動，隨著加工時間的增加，箱體類金屬工件6表面的碰撞與微切削就趨于均勻，加工出表面具有殘余壓應力達-767 -1410MPa，表面粗糙度達V0. 5，達到了既提高其表面強度又提高其表面質量的目的，延長了其疲勞壽命。 應該說明的是，以上實施例僅用于本發(fā)明的技術方案，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明內容并據以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡對本發(fā)明的技術方案進行各種變動和等效替換，而不背離本發(fā)明技術方案的原理及范圍，均應涵蓋在本發(fā)明權利要求的范圍之中。
權利要求
一種機械表面強化研磨加工的方法，其特征在于包括以下步驟(1)提供金屬工件，并裝夾到強化研磨加工設備的主軸驅動裝置轉盤的夾具上；(2)提供強化研磨料，并裝入強化研磨加工設備的高壓噴射裝置；(3)利用強化研磨加工設備的高壓噴射裝置把強化研磨料噴射到轉動的金屬工件表面進行強化研磨加工。
2. 根據權利要求1所述的一種機械表面強化研磨加工的方法，其特征在于所述的強化研磨加工設備具有一個高壓噴射裝置和一個主軸驅動裝置。
3. 根據權利要求1所述的一種機械表面強化研磨加工的方法，其特征在于所述的強化研磨料是由混合鋼珠、強化液和研磨粉組成，其重量百分含量配比為混合鋼珠 65 75%強化液 15 25%研磨粉 5 10%。
4. 根據權利要求1所述的一種機械表面強化研磨加工的方法，其特征在于所述的轉動的金屬工件，其轉動是由強化研磨加工設備的主軸驅動裝置驅動的。
5. 根據權利要求1所述的一種機械表面強化研磨加工的方法，其特征在于強化研磨加工后，金屬工件表面具有殘余壓應力為-750 -1500MPa。
6. 根據權利要求1所述的一種機械表面強化研磨加工的方法，其特征在于強化研磨加工后，金屬工件表面質量為V0. 8 VO. 4。
全文摘要
一種機械表面強化研磨加工的方法，包括步驟為(1)提供金屬工件，并裝夾到強化研磨加工設備的主軸驅動裝置轉盤的夾具上；(2)提供強化研磨料，并裝入強化研磨加工設備的高壓噴射裝置；(3)利用強化研磨加工設備的高壓噴射裝置把強化研磨料噴射到轉動的金屬工件表面進行強化研磨加工。采用本發(fā)明方法加工機械零部件，提高金屬加工件表面硬度的同時也有效的提高了其表面質量，延長了其疲勞壽命。
文檔編號B24C1/00GK101733707SQ201010101390
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權日2010年1月25日
發(fā)明者劉傳劍, 劉曉初 申請人:廣州大學