专利名称：一种获得材料复合组织的表面滚光装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种材料表面滚光装置和方法，属于材料表面强化和细化表层组织技术领域。
背景技术：
从材料组织观点来看，粗大的组织将有优良的抗蠕变性能，而细晶组织
一方面能够推迟疲劳裂纹的形成；另一方面较多的晶界可以阻碍疲劳裂纹的扩展。单一的组织通常只提高某方面的性能，如果根据使用需要将不同的组织集合在同一构件中，则可获得优异的综合性能，这种观点在发动机涡轮盘的制备中得到体现，所获得的材料复合组织能够更好满足使用过程中的抗蠕变和抗疲劳的要求。采用材料表面滚光技术，能够使塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形；将变形后的坯料进行适当的热处理可以在坯料的表层形成一层再结晶的细晶，而心部的组织将保持原始的状态。因此，设计一种能够使塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形的装置成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的材料表面滚光技术无法使塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形的问题，进而提供一种获得材料复合组织的表面滚光装置和方法。
本发明的一种获得材料复合组织的表面滚光装置由旋转压头、卡盘、垫片、卡具和至少两枚滚珠组成，所述旋转压头的下端面上开有台肩盲孔，所述卡盘固装在旋转压头的台肩盲孔的台肩端面上，所述卡盘与旋转压头的台肩盲孔的底面之间形成冷却水腔，所述卡盘的下端面上开有固定槽，所述垫片安装在卡盘的固定槽内，且所述垫片与卡盘的固定槽之间为过盈配合，所述垫片的端面上均匀开有至少两个通孔，所述至少两枚滚珠分别安装在相应的通孔内，且每枚滚珠与相应的通孔之间为过盈配合，所述旋转压头的上端安装在机床的安装板上，所述卡具固装在机床的工作平台上，所述卡具的上
4端面上沿卡具的长度方向开有槽。
本发明的一种利用表面滚光装置获得材料复合组织的表面滚光方法是这 样完成的首先，将坯料固装在卡具的槽内；其次，通过机床带动旋转压头、 卡盘和垫片运动调节滚珠与坯料之间的距离，使滚珠对坯料产生0.05mm 2mm的压下量'，最后，通过调节机床的转速和进给速度使滚珠在坯料的表层 以435r/min 1500r/min的转速旋转，同时滚珠以^23.5mm/min的线速度对整 个坯料釣表面进行滚光。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果 一、利用本发明的表面滚光 装置使材料获得了复合组织，塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑 性变形，本发明的表面滚光装置还具有滚光效果好、结构简单、设备成本低 和操作简单的优点；二、本发明的方法简单、容易操作，本发明的方法是通 过机床来调节滚珠与坯料之间的距离，实现了对不同厚度的坯料的表面塑性 变形，并且实现了对坯料变形层深度的控制。利用本发明的方法对Q235钢坯 料做了表面滚光实验，应用有限元技术模拟技术计算出了表层塑性变形分布 规律，结果表明从表层到0.7mm的深度金属经历了剧烈的塑性变形，表层最 大的等效应变能达到0.065;并对经过冷变形和热处理后的Q235钢坯料进行 了投射电镜试验和金相观察，结果表明，在冷变形情况下经过表面滚光后， 坯料表层出现了大量的位错缠结和大量的孪晶，坯料表层的晶粒形态由颗粒 状变成纤维状，这说明坯料表层经历了大量的塑性变形；经过再结晶退火后， 在坯料心部的晶粒依然保持原始的颗粒状(晶粒的尺寸为50拜左右)，而表 层的晶粒出现明显的细化(晶粒的尺寸为20pm左右)。
图1是本发明的整体结构主剖视示意图，图2是本发明的旋转压头、卡 盘、垫片和滚珠的安装示意图，图3是图2的仰视图，图4是卡具的主视示 意图，图5是图4的俯视图，图6是图5的A-A剖视图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1 图6说明本实施方式，本实施方式的滚光装 置由旋转压头l、卡盘2、垫片3、卡具4和至少两枚滚珠5组成，所逑旋转 压头1的下端面上开有台肩盲孔1-1，所述卡盘2固装在旋转压头1的台肩盲
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端面上沿卡具的长度方孔1-1的台肩端面上，所述卡盘2与旋转压头1的台肩盲孔1-1的底面之间形 成冷却水腔，所述卡盘2的下端面上开有固定槽2-1,所述垫片3安装在卡盘 2的固定槽2-l内，且所述垫片3与卡盘2的固定槽2-l之间为过盈配合，所 述垫片3的端面上均匀开有至少两个通孔3-1，所述至少两枚滚珠5分别安装 在相应的通孔3-l内，且每枚滚珠5与相应的通孔3-l之间为过盈配合，所述 旋转压头1的上端安装在机床6的安装板上，所述卡具4固装在机床6的工 作平台上，所述卡具4的上端面上沿卡具的长度方向开有槽4-l。所述机床由 北京第一机床厂生产，其型号为XA5032。
具体实施方式
二结合图2 图3说明本实施方式，本实施方式的垫片3 的端面上的通孔3-1的数量为2 8个，所述滚珠5的枚数与垫片3上的通孔 3-1的数量相一致。如此设置，滚光效果更好。其它组成和连接关系与具体实 施方式一相同。
具体实施方式
三结合图4 图6说明本实施方式，本实施方式的卡具4 的槽4-l为燕尾槽。如此设置，对坯料的固定效果更好，滚光效果更好。其它 组成和连接关系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图1 图6说明本实施方式，本实施方式的一种利 用表面滚光装置获得材料复合组织的表面滚光方法是这样完成的首先，将 坯料7固装在卡具4的槽4-l内；其次，通过机床6带动旋转压头1、卡盘2 和垫片3运动调节滚珠5与坯料7之间的距离，使滚珠5对坯料7产生 0.05mm 2mm的压下量；最后，通过调节机床6的转速和进给速度使滚珠5 在坯料7的表层以435r/min 1500r/min的转速旋转，同时滚珠5以 ^23.5mm/min的线速度对整个坯料7的表面进行滚光。其它组成和连接关系 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图1说明本实施方式，本实施方式的滚珠5对坯 料7产生lmm的压下量。如此设置，对坯料的滚光效果更好。其它组成和连 接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六结合图l说明本实施方式，本实施方式通过调节机床6 的转速和进给速度使滚珠5在坯料7的表层以1000r/min的转速旋转。如此设 置，对坯料的滚光效果更好。其它组成和连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
七结合图1说明本实施方式，本实施方式的滚珠5以
23.5mm/min的线速度对整个坯料7的表面进行滚光。如此设置，对坯料的滚 光效果更好。其它组成和连接关系与具体实施方式
四相同。
权利要求
1、一种获得材料复合组织的表面滚光装置，其特征在于它由旋转压头(1)、卡盘(2)、垫片(3)、卡具(4)和至少两枚滚珠(5)组成，所述旋转压头(1)的下端面上开有台肩盲孔(1-1)，所述卡盘(2)固装在旋转压头(1)的台肩盲孔(1-1)的台肩端面上，所述卡盘(2)与旋转压头(1)的台肩盲孔(1-1)的底面之间形成冷却水腔，所述卡盘(2)的下端面上开有固定槽(2-1)，所述垫片(3)安装在卡盘(2)的固定槽(2-1)内，且所述垫片(3)与卡盘(2)的固定槽(2-1)之间为过盈配合，所述垫片(3)的端面上均匀开有至少两个通孔(3-1)，所述至少两枚滚珠(5)分别安装在相应的通孔(3-1)内，且每枚滚珠(5)与相应的通孔(3-1)之间为过盈配合，所述旋转压头(1)的上端安装在机床(6)的安装板上，所述卡具(4)固装在机床(6)的工作平台上，所述卡具(4)的上端面上沿卡具的长度方向开有槽(4-1)。
2、 根据权利要求1所述一种获得材料复合组织的表面滚光装置，其特征在于所述垫片(3)的端面上的通孔(3-1)的数量为2 8个，所述滚珠(5)的枚数与垫片(3)上的通孔(3-1)的数量相一致。
3、 根据权利要求1或2所述一种获得材料复合组织的表面滚光装置，其特征在于所述卡具(4)的槽(4-1)为燕尾槽。
4、 一种利用权利要求1所述表面滚光装置获得材料复合组织的表面滚光方法，其特征在于该方法是这样完成的首先，将坯料(7)固装在卡具(4)的槽(4-1)内；其次，通过机床(6)带动旋转压头(1)、卡盘(2)和垫片(3)运动调节滚珠(5)与坯料(7)之间的距离，使滚珠(5)对坯料(7)产生0.05mm 2mm的压下量；最后，通过调节机床(6)的转速和进给速度使滚珠(5)在坯料(7)的表层以435r/min 1500r/min的转速旋转，同时滚珠(5)以^23.5mm/min的线速度对整个坯料(7)的表面进行滚光。
5、 根据权利要求4所述表面滚光方法，其特征在于滚珠(5)对坯料(7)产生lmm的压下量。
6、 根据权利要求4所述表面滚光方法，其特征在于通过调节机床(6)的转速和进给速度使滚珠(5)在坯料(7)的表层以1000r/min的转速旋转。
7、根据权利要求4所述表面滚光方法，其特征在于滚珠(5)以23.5mm/min的线速度对整个坯料(7)的表面进行滚光。
全文摘要
一种获得材料复合组织的表面滚光装置和方法，它涉及一种材料表面滚光装置和方法。本发明解决了现有的材料表面滚光技术无法使塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形的问题。本发明的滚光装置的卡盘固装在旋转压头的台肩盲孔的台肩端面上，垫片安装在卡盘的固定槽内，至少两枚滚珠分别安装在相应的通孔内，卡具固装在机床的工作平台上，卡具的上端面上沿卡具的长度方向开有槽；本发明的滚光方法的步骤为装卡坯料、调整滚珠与坯料之间的距离、调节机床的转速和进给速度使滚珠在坯料的表层高速旋转，同时滚珠以一定的线速度对整个坯料的表面进行滚光。本发明的滚光装置塑性变形集中在坯料的表层；本发明的滚光方法简单且容易操作。
文档编号B23P9/02GK101462220SQ200910071270
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者任涛林, 单德彬, 炎 吕, 徐文臣, 谢滨涛 申请人:哈尔滨工业大学