本發明專利技術涉及在軸類金屬材料表層形成納米梯度組織的表面處理技術，具體是一種在車床上對軸類金屬材料表層進行處理提高材料性能的三球刀具及使用方法。在固定桿上設置固定座，固定座側面設置三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔，固定座的中心設置固定座中心孔，千分加力器安裝孔分別與固定座中心孔相通，三個呈120°角分布的千分加力器分別安裝于三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔中，千分加力器與固定座中心孔之間設置硬質合金球，硬質合金球突出于固定座中心孔。本發明專利技術通過硬質合金球在旋轉的軸類金屬材料表面進行滾動，同時三球刀具沿試樣做單方向軸向運動，在材料表層產生塑性變形，使試樣材料表層晶粒發生晶粒細化而形成梯度納米組織。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及在軸類金屬材料表層形成納米梯度組織的表面處理技術，具體是一種在車床上對軸類金屬材料表層進行處理提高材料性能的三球刀具及使用方法。
技術介紹
目前，處理軸類金屬材料表面形成梯度納米結構的方法有:表面機械研磨處理方法、滾壓方法、表面機械碾壓方法。表面機械研磨處理方法是通過高速運動的彈丸撞擊被處理材料表面，在材料表層產生強烈的塑性變形。缺點:被處理材料表面粗糙度較大。表面機械碾壓方法是通過刀具對工件(試樣)表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流變而使組織發生晶粒細化，從而提高工件表面的強度和耐磨性。缺點:加工后工件的表面光潔度還是不夠好。滾壓技術加工原理:它是一種壓力光整加工，是利用金屬在常溫狀態的冷塑性特點，利用滾壓刀具對工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流動，填入到原始殘留的低凹波谷中，而達到工件表面粗糙值降低。由于被滾壓的表層金屬塑性變形，使表層組織加工硬化和晶粒變細，形成致密的纖維狀，并形成殘余應力層，硬度和強度提高，從而改善了工件表面的耐磨性、耐蝕性和配合性。滾壓是一種無切削的塑性加工方法。滾壓加工技術安全、方便，能精確控制精度，幾大優點:1、提高表面粗糙度，粗糙度基本能達到Ra彡0.08 μ m左右。2、修正圓度,橢圓度可< 0.01mm。3、提高 表面硬度，使受力變形消除，硬度提高HV > 40°。4、加工后有殘余應力層，提聞疲勞強度提聞30%ο5、提高配合質量,減少磨損,延長零件使用壽命,但零件的加工費用反而降低。滾壓方法的實施主體是滾壓刀具，它是一種壓力光整加工，是利用金屬在常溫狀態的冷塑性特點，通過滾壓刀具對工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流動，填入到原始殘留的低凹波谷中，而達到提高工件表面光潔度。缺點:現有滾壓技術是不可能使工件表面形成納米晶體結構，對提高工件的表面硬度是有限的。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述不足之處，本專利技術的目的在于提供一種對金屬材料表層進行處理提高材料性能的三球刀具及使用方法，解決單球滾壓方式和單輪滾壓方式容易使軸類金屬試樣變形的問題，同時使得試樣表面形成納米晶體結構。本專利技術采用如下的技術方案:一種對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，該三球刀具固定在車床的刀架上，包括:固定座、硬質合金球、固定桿、千分加力器，具體結構如下:固定桿上設置固定座，固定座側面設置三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔，固定座的中心設置固定座中心孔，三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔分別與固定座中心孔相通，三個呈120°角分布的千分加力器分別安裝于三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔中，千分加力器與固定座中心孔之間設置硬質合金球，硬質合金球突出于固定座中心孔，固定桿和三個千分加力器在一個平面上。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，硬質合金球的直徑小于其所在開口的直徑，使硬質合金球直接通過固定座中心孔作用在試樣上。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，硬質合金球的直徑為Φ6-Φ 12mm,固定座中心孔直徑為Φ 16mm,試樣直徑為Φ8-Φ15ι πι。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，千分加力器設有固定套管外管、固定套管內管、測微螺桿及微分筒，固定套管內管套設于測微螺桿上，固定套管外管套設于固定套管內管上，微分筒的一端測微螺桿外側通過螺紋連接，微分筒的另一端位于固定套管外管的外側，測微螺桿的一端伸至千分加力器安裝孔中，測微螺桿的另一端設有螺帽，測微螺桿與固定套管內管通過螺紋連接。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，固定套管內管的一端伸至千分加力器安裝孔中，固定套管內管與固定座交接處開有固定套管內管固定孔，通過頂絲穿設于固定套管內管固定孔，使固定套管內管連接固定于固定座上。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，在三球刀具的硬質合金球與試樣接觸時，微分筒端部與固定套管的刻度尺交接位置顯示的刻度即為三球刀具的進刀量；此時，旋轉測微螺桿帶動微分筒，微分筒的O刻度偏離刻度尺中心的尺寸，即為硬質合金球壓入試樣的深度；微分筒與刻度尺的交接位置，指示三球刀具的進刀量以及硬質合金球壓入試樣的深度。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，固定套管外管表面沿軸向方向由下至上刻有0-15mm的刻度尺,每Imm為一個刻度。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，微分筒通過螺帽固定在測微螺桿上，微分筒的外表面沿圓周刻有0-100均勻分布的微分筒刻度，一個刻度單位為10μ m。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，固定桿與固定座為一體結構，固定座表面設有與千分加力器安裝孔相通的注油孔，注油孔中安裝頂絲。所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具的使用方法，該三球刀具對軸類金屬材料表面的加工在車床上完成，具體如下:首先將軸類金屬材料固定在車床的卡盤上，選擇合適直徑的硬質合金球放入三球刀具；然后將三球刀具固定在刀架上，給三球刀具注潤滑油，手搖刀架，將試樣從三球刀具的中心穿入，對刀使得三球刀具的中心與卡盤上試樣的軸心重合，手搖刀架將三球刀具移至試樣的加工位置，旋轉測微螺桿使得三球刀具的硬質合金球壓入試樣10-40 μ m,給試樣澆潤滑油，開動機床沿單方向加工試樣，轉速為30-600轉/分，加工完一道次，停止加工，逆時針旋轉測微螺桿使得三球刀具的硬質合金球退出，手搖刀架將三球刀具移至試樣的加工位置，繼續加工試樣；從而，通過硬質合金球在旋轉的軸類金屬材料表面進行滾動，同時三球刀具沿試樣做單方向軸向運動， 在材料表層產生塑性變形，使試樣材料表層晶粒發生晶粒細化而形成梯度納米組織。本專利技術具有如下的優點和技術效果:1、本專利技術涉及滾壓技術，但又區別于滾壓技術。本專利技術的關鍵在于設計出了一種三球刀具，在對軸類金屬材料表層進行加工時，繼承了滾壓技術的優點，和滾壓技術相比三球刀具在加工軸類金屬材料時大幅度的減小了軸類金屬材料表層的晶粒尺寸，使得軸類金屬材料表層的強度也顯著增強。2、本專利技術三球滾壓刀具通過硬質合金球在旋轉的軸類金屬材料表面進行滾動，同時三球刀具沿試樣做單方向軸向運動，在材料表層產生塑性變形，使試樣材料表層晶粒發生晶粒細化而形成梯度納米組織。由于三球刀具是三個方向加力(夾角為120°C)，使得在加工較細的軸類金屬材料表面時試樣不易彎曲，而單球或單輪刀具在加工較細的軸類金屬材料表面時試樣容易彎曲。3、本專利技術三球滾壓刀具投資少、操作簡單方便。附圖說明圖1為本專利技術二球刀具結構不意圖；其中，Ca)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖；(c)圖為剖視圖；(d)圖為立體圖。圖2為本專利技術三球刀具的測微螺桿結構示意圖；其中，Ca)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖；(c)圖為立體圖。圖3為本專利技術三球·刀具的固定套管外管結構示意圖；其中，Ca)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖；(c)圖為立體圖。圖4為本專利技術三球刀具的固定桿結構示意圖；其中，(a)圖為主視圖；(b)圖為俯視圖；(C)圖為(b)的A-A剖視圖；(d)圖為立體圖；(e)圖為仰體圖。圖5為本專利技術三球刀具的固定套管內管結構示意圖；其中，Ca)圖為俯視圖；(b)圖為剖視圖；(c)圖為立體圖。圖6為本專利技術三球刀具的微分筒結構示意圖；其中，Ca)圖本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，其特征在于，該三球刀具固定在車床的刀架上，包括：固定座、硬質合金球、固定桿、千分加力器，具體結構如下：固定桿上設置固定座，固定座側面設置三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔，固定座的中心設置固定座中心孔，三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔分別與固定座中心孔相通，三個呈120°角分布的千分加力器分別安裝于三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔中，千分加力器與固定座中心孔之間設置硬質合金球，硬質合金球突出于固定座中心孔，固定桿和三個千分加力器在一個平面上。
【技術特征摘要】
1.一種對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，其特征在于，該三球刀具固定在車床的刀架上，包括:固定座、硬質合金球、固定桿、千分加力器，具體結構如下: 固定桿上設置固定座，固定座側面設置三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔，固定座的中心設置固定座中心孔，三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔分別與固定座中心孔相通，三個呈120°角分布的千分加力器分別安裝于三個呈120°角分布的千分加力器安裝孔中，千分加力器與固定座中心孔之間設置硬質合金球，硬質合金球突出于固定座中心孔，固定桿和三個千分加力器在一個平面上。2.按照權利要求1所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，其特征在于，硬質合金球的直徑小于其所在開口的直徑，使硬質合金球直接通過固定座中心孔作用在試樣上。3.按照權利要求1所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，其特征在于，硬質合金球的直徑為Φ6-Φ 12mm,固定座中心孔直徑為Φ16ι πι,試樣直徑為Φ8-Φ 15mm。4.按照權利要求1所 述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，其特征在于，千分加力器設有固定套管外管、固定套管內管、測微螺桿及微分筒，固定套管內管套設于測微螺桿上，固定套管外管套設于固定套管內管上，微分筒的一端測微螺桿外側通過螺紋連接，微分筒的另一端位于固定套管外管的外側，測微螺桿的一端伸至千分加力器安裝孔中，測微螺桿的另一端設有螺帽，測微螺桿與固定套管內管通過螺紋連接。5.按照權利要求4所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，其特征在于，固定套管內管的一端伸至千分加力器安裝孔中，固定套管內管與固定座交接處開有固定套管內管固定孔，通過頂絲穿設于固定套管內管固定孔，使固定套管內管連接固定于固定座上。6.按照權利要求4所述的對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具，其特征在于，在三球刀具的硬質合金球與試樣接觸時...
【專利技術屬性】
技術研發人員：斯曉，陶乃镕，盧柯，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：
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