[实用新型]一种对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具

说明书

技术领域

本实用新型涉及在轴类金属材料表层形成纳米梯度组织的表面处理技术，具体是一种在车床上对轴类金属材料表层进行处理提高材料性能的三球刀具。

背景技术

目前，处理轴类金属材料表面形成梯度纳米结构的方法有：表面机械研磨处理方法、滚压方法、表面机械碾压方法。表面机械研磨处理方法是通过高速运动的弹丸撞击被处理材料表面，在材料表层产生强烈的塑性变形。缺点：被处理材料表面粗糙度较大。表面机械碾压方法是通过刀具对工件（试样）表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流变而使组织发生晶粒细化，从而提高工件表面的强度和耐磨性。缺点：加工后工件的表面光洁度还是不够好。

滚压技术加工原理：它是一种压力光整加工，是利用金属在常温状态的冷塑性特点，利用滚压刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到工件表面粗糙值降低。由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织加工硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性。滚压是一种无切削的塑性加工方法。

滚压加工技术安全、方便，能精确控制精度，几大优点：

1、提高表面粗糙度，粗糙度基本能达到Ra≤0.08μm左右。

2、修正圆度，椭圆度可≤0.01mm。

3、提高表面硬度，使受力变形消除，硬度提高HV≥40°。

4、加工后有残余应力层,提高疲劳强度提高30%。

5、提高配合质量，减少磨损，延长零件使用寿命，但零件的加工费用反而降低。

滚压方法的实施主体是滚压刀具，它是一种压力光整加工，是利用金属在常温状态的冷塑性特点，通过滚压刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到提高工件表面光洁度。缺点：现有滚压技术是不可能使工件表面形成纳米晶体结构，对提高工件的表面硬度是有限的。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的三球刀具，解决单球滚压方式和单轮滚压方式容易使轴类金属试样变形的问题，同时使得试样表面形成纳米晶体结构。

本实用新型采用如下的技术方案：

一种对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具，该三球刀具固定在车床的刀架上，包括：固定座、硬质合金球、固定杆、千分加力器，具体结构如下：

固定杆上设置固定座，固定座侧面设置三个呈120°角分布的千分加力器安装孔，固定座的中心设置固定座中心孔，三个呈120°角分布的千分加力器安装孔分别与固定座中心孔相通，三个呈120°角分布的千分加力器分别安装于三个呈120°角分布的千分加力器安装孔中，千分加力器与固定座中心孔之间设置硬质合金球，硬质合金球突出于固定座中心孔，固定杆和三个千分加力器在一个平面上。

所述的对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具，硬质合金球的直径小于其所在开口的直径，使硬质合金球直接通过固定座中心孔作用在试样上。

所述的对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具，硬质合金球的直径为Φ6-Φ12mm，固定座中心孔直径为Φ16mm，试样直径为Φ8-Φ15mm。

所述的对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具，千分加力器设有固定套管外管、固定套管内管、测微螺杆及微分筒，固定套管内管套设于测微螺杆上，固定套管外管套设于固定套管内管上，微分筒的一端测微螺杆外侧通过螺纹连接，微分筒的另一端位于固定套管外管的外侧，测微螺杆的一端伸至千分加力器安装孔中，测微螺杆的另一端设有螺帽，测微螺杆与固定套管内管通过螺纹连接。

所述的对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具，固定套管内管的一端伸至千分加力器安装孔中，固定套管内管与固定座交接处开有固定套管内管固定孔，通过顶丝穿设于固定套管内管固定孔，使固定套管内管连接固定于固定座上。

所述的对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具，在三球刀具的硬质合金球与试样接触时，微分筒端部与固定套管的刻度尺交接位置显示的刻度即为三球刀具的进刀量；此时，旋转测微螺杆带动微分筒，微分筒的0刻度偏离刻度尺中心的尺寸，即为硬质合金球压入试样的深度；微分筒与刻度尺的交接位置，指示三球刀具的进刀量以及硬质合金球压入试样的深度。

所述的对金属材料表层处理提高材料性能的三球刀具，固定套管外管表面沿轴向方向由下至上刻有0-15mm的刻度尺，每1mm为一个刻度。