一種基于預(yù)加熱可控磨削強(qiáng)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種預(yù)加熱可控磨削強(qiáng)化方法，本方法通過(guò)磨削溫度仿真計(jì)算獲得磨削加工過(guò)程中工件深度方向的溫度分布情況，其次采用預(yù)加熱裝置對(duì)工件預(yù)加熱使其深度方向上形成與磨削溫度梯度相反溫度場(chǎng)（加熱溫度控制在150～250℃之間）；同時(shí)對(duì)預(yù)加熱的工件進(jìn)行磨削加工，利用磨削熱和預(yù)加熱疊加實(shí)現(xiàn)磨削工件一定深度上加熱溫度大于材料奧氏體轉(zhuǎn)化溫度Ac并保持穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)可控深度和組織穩(wěn)定的磨削強(qiáng)化組織。本發(fā)明具有如下的效果：實(shí)現(xiàn)磨削加工和表面強(qiáng)化以及低溫回火一體化工藝；通過(guò)預(yù)熱磨削強(qiáng)化工藝參數(shù)控制，提高磨削強(qiáng)化組織穩(wěn)定性均勻性以及磨削強(qiáng)化深度，從而可達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平，該磨削強(qiáng)化方法具有節(jié)能環(huán)保，效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種基于預(yù)加熱可控磨削強(qiáng)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可淬硬鋼磨削強(qiáng)化一體工藝，屬于磨削加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]磨削強(qiáng)化技術(shù)是利用磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量使工件表層快速升溫發(fā)生奧氏體化，并快速冷卻實(shí)現(xiàn)馬氏體相變，在力和熱的耦合作用下實(shí)現(xiàn)了表面強(qiáng)化。磨削表面強(qiáng)化技術(shù)對(duì)磨削工藝與熱處理將兩種工藝進(jìn)行了集成，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序，縮短了加工周期，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)集成水平。然而目前的磨削強(qiáng)化技術(shù)主要不足是磨削強(qiáng)化層深度和組織穩(wěn)定性難以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用程度。一般承受扭曲、壓力負(fù)荷的零件考慮耐磨性和綜合機(jī)械性能的要求下，其淬硬深度一般在3~5mm之間。相關(guān)文獻(xiàn)表明一般磨削強(qiáng)化層深度都小于1.8mm。要實(shí)現(xiàn)較厚磨削強(qiáng)化深度必須增加磨削深度以實(shí)現(xiàn)較高的磨削溫度，一方面會(huì)導(dǎo)致砂輪磨損嚴(yán)重，另一方面磨削表面質(zhì)量變差如殘余拉應(yīng)力增加，表面粗糙度降低，增加了后續(xù)精加工工序的時(shí)間；同時(shí)由于磨削加工過(guò)程中，磨削熱從表面向內(nèi)部的快速傳遞，工件由表至里存在有較大的溫度梯度和不均勻性，導(dǎo)致磨削強(qiáng)化層組織穩(wěn)定性差，影響零件的使用性能；這些都嚴(yán)重制約了磨削強(qiáng)化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。因此，只有進(jìn)一步開(kāi)展磨削強(qiáng)化技術(shù)的研究，發(fā)展新的工藝方法，獲取高效的加工工藝參數(shù)才能促進(jìn)磨削強(qiáng)化技術(shù)在我國(guó)的實(shí)用化快速應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種可淬火鋼基于預(yù)熱的磨削強(qiáng)化方法，實(shí)現(xiàn)磨削加工、淬火工藝以及低溫回火相結(jié)合的磨削強(qiáng)化工藝。該方法一方面可以提高磨削強(qiáng)化組織深度，另一方面可以獲得比較穩(wěn)定的均勻的磨削強(qiáng)化組織，并通過(guò)低溫回火可消除淬火脆性，實(shí)現(xiàn)磨削強(qiáng)化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)可淬火鋼基于預(yù)熱的磨削強(qiáng)化方法:
[0005]步驟I通過(guò)磨削溫度仿真計(jì)算獲得磨削工件深度上的溫度分布情況；
[0006]步驟2根據(jù)磨削仿真溫度分布和強(qiáng)化所需要的深度以及工件傳熱性能來(lái)確定工件預(yù)熱溫度；
[0007]步驟3預(yù)加熱裝置對(duì)工件待磨削區(qū)預(yù)加熱使工件表面形成與磨削溫度梯度相反溫度，工件預(yù)加熱溫度控制在150~250°C ；
[0008]步驟4在預(yù)加熱的同時(shí)進(jìn)行單行程磨削加工，熱源和工件同步移動(dòng)。其磨削強(qiáng)化關(guān)鍵工藝參數(shù)為:
[0009]砂輪速度為:20m/s~50m/s ；
[0010]工件進(jìn)給速度:lm/min~9m/min ；
[0011]磨削深度:0.1 ~0.3mm ;
[0012]步驟5取消預(yù)熱后精密磨削，實(shí)現(xiàn)工件尺寸精度和表面質(zhì)量等技術(shù)要求。
[0013]本發(fā)明具有如下的效果:1、實(shí)現(xiàn)磨削加工和表面強(qiáng)化以及低溫回火一體化工藝，具有節(jié)能環(huán)保，效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)；2、通過(guò)預(yù)熱磨削強(qiáng)化工藝參數(shù)控制，可以提高磨削強(qiáng)化組織穩(wěn)定性均勻性以及磨削強(qiáng)化深度，提高砂輪的耐用度，從而達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平。
3、完善和發(fā)展了可淬火鋼材料的磨削強(qiáng)化新技術(shù)新工藝，進(jìn)一步推動(dòng)磨削強(qiáng)化工程實(shí)際應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明可淬火鋼材料預(yù)熱磨削強(qiáng)化的示意圖，圖中O為砂輪的圓心，a為磨削深度，Vs砂輪的轉(zhuǎn)速，Vw為工件進(jìn)給深度，Q為熱源。
[0015]圖2可淬火鋼材料預(yù)熱磨削強(qiáng)化技術(shù)的原理示意圖，圖中q為磨削加工時(shí)進(jìn)入工件的熱流密度，Ac為材料奧氏體轉(zhuǎn)化溫度，T工件溫度，h為工件高度，hi為常溫磨削時(shí)的磨削強(qiáng)化深度，h2為預(yù)熱磨削后的磨削強(qiáng)化深度；砂輪與工件接觸下方工件上弧線為工件磨削溫度的分布等高線。
[0016]圖3采用導(dǎo)電加熱方法的磨削強(qiáng)化工藝具體實(shí)施實(shí)例，圖中O為砂輪的圓心，A為移動(dòng)電刷與工件接觸位置。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的主要原理是:利用仿真可獲得磨削過(guò)程中(沒(méi)有加熱條件下)磨削深度上溫度分布情況如圖2中曲線1，其最高溫度為Tmax，溫度梯度比較大，超過(guò)材料奧氏體轉(zhuǎn)化溫度Ac，此時(shí)磨削強(qiáng)化深度為hi。采用預(yù)加熱裝置(如低壓大電流對(duì)工件兩端形成回路，通過(guò)加熱電阻生成的熱)對(duì)工件預(yù)加熱，工件深度方向的溫度分布為曲線2所示。在該條件下同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行磨削加工，磨削過(guò)程的實(shí)際溫度分布是前面兩者的疊加如曲線3所示，此時(shí)可以看到磨削表面最高磨削溫度增加不大，而超過(guò)材料奧氏體轉(zhuǎn)化溫度Ac的深度增加到h2，同時(shí)在深度h2段的溫度基本保持一個(gè)比較穩(wěn)定的范圍如Ac+30~50°C，從而實(shí)現(xiàn)磨削強(qiáng)化層的深度以及組織的穩(wěn)定性的提高。同時(shí)工件在磨削過(guò)程中處于熱脹預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，可使得表面獲得殘余壓應(yīng)力；工件余熱使得工件強(qiáng)化后形成一個(gè)低溫回火的過(guò)程，消除工件淬火脆性，提高磨削強(qiáng)化質(zhì)量。最后通過(guò)精磨可以去除表面高溫部分導(dǎo)致的表面損傷層，實(shí)現(xiàn)工件尺寸精度和表面質(zhì)量等技術(shù)要求。
[0018]下面通過(guò)具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖3所示，以40Cr可淬火鋼的預(yù)加熱磨削強(qiáng)化為例，40Cr是工業(yè)上常用的工件材料之一，調(diào)質(zhì)后具有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，以及良好的韌性。其經(jīng)過(guò)淬火及回火后用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、滑塊、套環(huán)等。目前的磨削強(qiáng)化技術(shù)主要不足是磨削強(qiáng)化層深度和組織穩(wěn)定性難以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用程度。針對(duì)40Cr現(xiàn)有磨削強(qiáng)化的存在的問(wèn)題，在此采用本發(fā)明的磨削強(qiáng)化方法進(jìn)行磨削加工。加工的工件尺寸為100X20X40毫米，依次按下列步驟進(jìn)行:
[0020]1、通過(guò)已有的磨削40Cr加工的磨削力數(shù)據(jù)，根據(jù)仿真可以獲得工件深度方向的溫度分布。
[0021]2、將所需要加工的40Cr材料放置在預(yù)加熱裝置上，通過(guò)低壓大電流加熱方法對(duì)工件加熱，根據(jù)電源參數(shù)的設(shè)置以及溫度傳感器測(cè)的工件表面溫度和電極處溫度，電極處工件于溫度控制240°C。[0022]3、磨削加工時(shí)的主要技術(shù)參數(shù)為，砂輪速度30m/s，工作臺(tái)進(jìn)給速度為9m/min，磨削深度為0.1mm ;砂輪為棕剛玉砂輪(直徑300mm)，粒度為46號(hào)；冷卻方式:干磨，順磨。
[0023]4、精磨， 實(shí)現(xiàn)工件尺寸精度和表面質(zhì)量等技術(shù)要求。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)可淬火鋼的預(yù)熱磨削強(qiáng)化方法，首先可通過(guò)磨削溫度仿真計(jì)算獲得磨削工件深度上的溫度分布情況，其次預(yù)加熱裝置對(duì)工件預(yù)加熱使工件深度方向上形成與磨削溫度梯度相反溫度場(chǎng)，同時(shí)對(duì)預(yù)加熱裝置上的工件置于磨床上進(jìn)行磨削加工，利用磨削熱和預(yù)加熱疊加實(shí)現(xiàn)磨削工件深度方向上溫度大于材料Ac的深度增加，并且在一定深度上溫度保持穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)可控磨削強(qiáng)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可淬火鋼的預(yù)熱磨削強(qiáng)化方法，其特征在于:通過(guò)預(yù)加熱裝置對(duì)工件待磨削區(qū)預(yù)加熱，并且熱源和工件同步移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可淬火鋼的預(yù)熱磨削強(qiáng)化方法，其特征在于:預(yù)熱溫度要根據(jù)磨削仿真確定溫度分布和強(qiáng)化所需要的深度以及工件傳熱性能來(lái)確定工件預(yù)熱溫度，加熱溫度控制在150~250°C之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可淬火鋼的預(yù)熱磨削強(qiáng)化方法，其特征在于:預(yù)熱磨削強(qiáng)化關(guān)鍵工藝參數(shù)為: 采用單行程磨削； 砂輪速度:20m/s~50m/s ； 工件進(jìn)給速度:lm/min~9m/min ； 磨削深度:0.I~0 .3謹(jǐn)； 砂輪:剛玉或CBN砂輪，粒度:46~80# ； 冷卻方式:切入式干磨。
【文檔編號(hào)】C21D1/18GK103614525SQ201310594582
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】黃向明, 任瑩暉, 周志雄, 劉森, 蔣為 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)