[实用新型]一种超高速深层金属纳米化的低阻尼滚压刀具

说明书

本实用新型涉及无切屑加工领域，具体是一种超高速深层金属纳米化的低阻尼滚压刀具。滚压刀具包括纳米化用滚珠、滚珠限位器、滚珠支撑架、低阻尼轴承、销钉、刀柄等，滚珠和滚珠限位器内部接触，滚珠与滚珠支撑架接触，滚珠支撑架与轴承过盈配合，轴承通过销钉及螺丝与刀柄链接。整个装置结构简单，成本低廉，尤其是耗材成本极低，使用寿命大幅度延长，加工效率大幅度提高，加工材料后表面粗糙度也大幅度降低。在金属加工领域，如：实验室、航天、核电领域均有较高的推广价值。

技术领域

本实用新型涉及无切屑加工领域，实现金属表面纳米化或金属表面抛光的表面处理技术，具体是一种超高速深层金属纳米化的低阻尼滚压刀具，通过在车床上对轴类金属材料表层进行处理，在铣床上对平板材料进行处理，在金属材料表层形成纳米梯度组织以提高材料性能。

背景技术

细化金属材料微观结构尺寸的方法主要是严重塑性变形技术。通过塑性变形在材料晶粒内部引入高密度的晶界(如：孪晶界、大角晶界和小角晶界)，从而实现晶粒细化。基于这一原理而开发的技术有：高压扭转(high pressure torsion，HPT)、动态塑性变形(dynamic plastic deformation，DPD)、等通道角挤压(equal channel angularpressing，ECAP)和累积叠轧(accumulative roll bonding，ARB)等。利用这些技术虽然可以制备出致密且无污染的块体纳米结构材料，但是设备工作效率低、成本高，以及处理材料的类型、形状和几何尺寸具有很大的局限性。此外，研究表明，对于熔点较低的高纯金属，已有的塑性变形处理技术不能有效的细化其微观结构尺寸。

以纯铝为例，通过HPT和ECAP技术处理获得的最小晶粒尺寸分别是1.2μm(参考文献1:C.Xu等,ActaMater.(材料学报),2007；55:203-212)和0.5μm(参考文献2:Y.Iwahashi等,ActaMater.(材料学报),1998；46:3317-3331)。进一步增加塑性变形时晶粒不再细化，微观结构趋于稳态达到极限晶粒尺寸。出现这一现象的原因是塑性变形主导的位错增殖与动态回复主导的位错湮灭达到动态平衡，进一步变形位错密度不再变化。如何突破极限晶粒尺寸限制，进一步强化金属材料，获得优异综合性能一直是纳米金属材料研究领域的重大难题之一。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≤0.04μm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。

4、加工后有残余应力层，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。