[发明专利]一种高强钢扭力轴的强力滚压与超声滚压复合强化方法及机床

说明书

本发明提供一种用于高强钢扭力轴的强力滚压与超声滚压复合强化方法及机床，可以有效提升扭力轴的疲劳寿命。该方法先对高强钢扭力轴进行强力滚压强化，使表层产生幅值高、层深大的残余压应力层；再对高强钢扭力轴进行超声滚压强化，使表层材料晶粒细化、表面粗糙度降低以及表面性能均匀化。通过复合强化方法，实现扭力轴表面光整和表层深滚强化的综合处理。该机床包括机床主体、拖板箱、机床主轴、左侧内顶尖、扭力轴、位移测量系统、滚压质量检测系统、强力滚压装置、超声滚压装置、精密油雾冷却系统、尾座内顶尖、数控系统、以及液压系统。本发明可以有效提升高强钢扭力轴的抗疲劳性能，提升其使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种扭力轴滚压强化的数控机床，具体涉及一种高强钢扭力轴的强力滚压与超声滚压复合强化的数控滚压方法及机床。

背景技术

在特种车辆的结构中，扭力轴是其扭力轴悬挂系统的重要零部件。当履带式车辆在崎岖不平的路面行驶时，扭力轴通过弹性扭转变形，吸收和释放能量，达到缓冲及减震的作用。在特种车辆工作过程中，扭力轴需要不断承受大应力、大应变和循环式冲击载荷的作用，易使其发生疲劳断裂，从而影响特种车辆的整体性能和使用寿命。因此，提高扭力轴工作性能及疲劳寿命极为重要。

表面强化的工艺方法种类繁多，扭力轴实际加工生产过程中较为常见的是滚压强化的方法。滚压强化可以提高晶粒细化程度，形成残余应力层，改善工件的表面性能，一定程度上可以提升扭力轴的抗疲劳性能。但随着科学技术的发展和对特种车辆性能要求的提高，传统滚压工艺所形成的残余应力层较浅的问题逐渐暴露，已不能满足扭力轴在极端复杂环境下的抗疲劳性能要求。强力滚压相较于传统滚压强化，大幅提升了预紧力，能够在扭力轴表面形成较大的残余压应力和较深的残余应力层，可以有效提高工件疲劳寿命，但表面粗糙度不够理想。

超声滚压是近些年兴起的新型滚压强化方法，其将超声冲击和滚压相结合，在滚压装置与被加工工件之间存在静压力的基础上，在工件的表面方向引入一定频率的超声振动，使被加工工件表层产生塑性变形，使表层材料晶粒细化程度提高，减小其表面粗糙度，提高工件表面光整程度，有效提高工件的抗疲劳性能，但目前仍未有针对高强钢扭力轴的超声滚压强化方法。

扭力轴所采用的高强钢材料，当前其表面强化方法多为单一工艺的普通滚压，使用寿命受到了极大制约，本发明提出了一种针对高强钢扭力轴的强力滚压与超声滚压复合的强化方法，在强力滚压产生大幅值、大深度的残余压应力条件下，通过超声滚压进一步提高扭力轴表层残余应力，细化表层晶粒，产生光整效果，进而显著提升扭力轴的抗疲劳性能。

发明内容

本发明的目的就是致力于解决上述问题，提出了一种高强钢扭力轴的强力滚压与超声滚压复合强化方法与机床。

实现本发明的技术方案如下：

一种高强钢扭力轴强力滚压与超声滚压复合强化加工机床，其特征在于，包括机床主体、拖板箱、机床主轴、左侧内顶尖、扭力轴、位移测量系统、滚压质量检测系统、强力滚压装置、超声滚压装置、精密油雾冷却系统、尾座内顶尖、数控系统和液压系统。

进一步地，强力滚压装置成120°对称分布的三滚压头装置，固定于滚压装置夹具上，滚压装置夹具通过四个底部螺栓固定于机床拖板箱上；超声滚压装置固定于其中两个强力滚压头之间，与顶部竖直方向强力滚压头间距为60°，并能通过液压系统控制其进给运动。

进一步地，超声滚压装置与强力滚压装置均安装于一滚压装置夹具上，加工时既可以强力滚压装置与超声滚压装置先后启动，对扭力轴进行强力滚压及超声滚压，亦可以两者同时启动，大大节省了扭力轴表面质量强化所需时间。

一种高强钢扭力轴强力滚压与超声滚压复合强化加工方法，包括如下步骤：

步骤S1、将扭力轴两端固定于机床上；

步骤S2、启动主轴伺服电机，带动扭力轴旋转；