[发明专利]一种基于离心增力的工件表面滚压装置及滚压方法

说明书

技术领域

该方案主要用于工件表面的光整、强化加工装备技术领域，具体地说是一种基于离心增力的工件表面滚压装置。

背景技术

金属材料的破坏往往从表面开始，例如，内燃机的曲轴、列车的车轴、汽车的板簧等零件在工作中持续承受循环载荷，时间一长，零件的工作表面常常会产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，最终导致零件的疲劳失效。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一，据统计，在机械零件失效中，约有80％以上属于疲劳破坏，且破坏前没有明显变形，因此，疲劳破坏常常会造成重大事故[1]。[1]周航，周旭东，周宛.金属零件表面滚压强化技术的现状与展望[J]．工具技术，2009，43(12)：19-22．

许多国家都在大力研究、开发和应用各种提高零件表面性能的新技术、新工艺，表面滚压强化技术就是其中之一。滚压加工是在常温下利用金属的塑性变形，通过一定形式的滚压工具向工件表面施加一定的压力，从而达到零件的尺寸精度和表面粗糙度要求，并可以改善材料表面性能、在金属表面产生残余压应力、提高表面耐磨性和抗疲劳性、延长工件的使用寿命。因此，滚压加工可同时达到光整加工和强化两种目的。

滚压加工具有效率高、强化效果显著的特点，从加工质量、生产效率、生产成本等方面来看，都是一项比较优越的加工方法。可替代传统的磨削、研磨、抛光等工序，作为工件的最终加工工艺。此外，表面滚压加工不产生废屑、废液，有利于节能环保，符合“绿色制造”的新理念。因此，随着机械制造业的不断发展，滚压加工工艺必将得到更为广泛的应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种基于离心增力的工件表面滚压装置，是一种纯机械式的滚压装置，通过有效的控制转速控制滚压力度和精度，可控性能优越。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于离心增力的工件表面滚压装置，包括滚压头主体、滚珠、导柱、离心重块和弹簧，其特征在于：

与旋转的主轴相连的滚压头主体为竖向圆柱状结构，在滚压头主体中设有一个沿水平方向设置的第一通道，第一通道中安装一对离心重块，且在两个离心重块之间通过一个弹簧进行连接，在旋转状态下，离心重块有向外运动的趋势；

在滚压头主体的竖向设有一对第二通道，且两个第二通道关于滚压头主体的轴线对称，所述第二通道上端与第一通道贯通，且在第二通道下端的敞口处设置锥形收口，锥形收口处放置一个滚珠，并使滚珠的部分露出滚压头主体下表面；

导柱竖向安装在第二通道中，顶部为球面，与离心重块的楔形底面接触；底部为平面，与滚珠接触；

离心重块底面自内向外倾斜且与水平面夹角为α，使得离心重块向外运动时，具有一个压迫导柱向下运动的力。

所述夹角α为5度至30度。

所述夹角α为12度。

一种基于离心增力的工件表面滚压方法，利用上述装置，其特征在于，将所述滚压头主体下表面的滚珠贴合在待加工工件表面，然后，滚压头主体转动，在待加工工件表面均匀进给。

本发明的有益效果是：设计结构简单、易于制作，安装、使用、调整方便，并具有高倍增力功能的新型表面滚压装置。可以在较大程度上提高生产效率、降低生产成本，从而进一步扩大表面滚压工艺在机械加工领域的应用空间。

本发明设计的表面滚压加工装置，采用滚珠作为滚压工具，并利用离心重块的离心力增加了滚压力，结构简单、安装调整方便，制造成本较低，加工效率高，技术经济指标要显著高于其他表面滚压装置。

附图说明

图1为全剖视图；

图2为受力分析图；

图中：1滚压头主体，11第一通道，12第二通道，13锥形收口，2离心重块，3弹簧，4滚珠，5导柱。

具体实施方式

如图1至图2所示，

该装置主要由以下几部分组成：

滚压头主体1，主体为一圆柱状结构，用于和旋转的主轴相连，由主轴带动旋转，在滚压头主体中设有一个沿水平方向设置的第一通道11，第一通道用于安装离心重块2，且在两个离心重块之间通过一个弹簧3进行连接，在旋转状态下，离心重块2有向外运动的趋势。在滚压头主体的竖向设有一对第二通道12，且两个第二通道关于主体的轴线对称，第二通道上端与第一通道贯通，与外界贯通，且在第二通道下端的敞口处设置锥形收口13，锥形收口处放置一个滚珠4，并使滚珠的部分露出滚压头主体下表面。