本實用新型專利技術涉及無切屑加工領域，具體是一種超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具。滾壓刀具包括納米化用滾珠、滾珠限位器、滾珠支撐架、低阻尼軸承、銷釘、刀柄等，滾珠和滾珠限位器內部接觸，滾珠與滾珠支撐架接觸，滾珠支撐架與軸承過盈配合，軸承通過銷釘及螺絲與刀柄鏈接。整個裝置結構簡單，成本低廉，尤其是耗材成本極低，使用壽命大幅度延長，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。在金屬加工領域，如：實驗室、航天、核電領域均有較高的推廣價值。均有較高的推廣價值。均有較高的推廣價值。
【技術實現步驟摘要】
一種超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具
[0001]本技術涉及無切屑加工領域，實現金屬表面納米化或金屬表面拋光的表面處理技術，具體是一種超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，通過在車床上對軸類金屬材料表層進行處理，在銑床上對平板材料進行處理，在金屬材料表層形成納米梯度組織以提高材料性能。
技術介紹
[0002]細化金屬材料微觀結構尺寸的方法主要是嚴重塑性變形技術。通過塑性變形在材料晶粒內部引入高密度的晶界(如：孿晶界、大角晶界和小角晶界)，從而實現晶粒細化。基于這一原理而開發的技術有：高壓扭轉(high pressure torsion，HPT)、動態塑性變形(dynamic plastic deformation，DPD)、等通道角擠壓(equal channel angular pressing，ECAP)和累積疊軋(accumulative roll bonding，ARB)等。利用這些技術雖然可以制備出致密且無污染的塊體納米結構材料，但是設備工作效率低、成本高，以及處理材料的類型、形狀和幾何尺寸具有很大的局限性。此外，研究表明，對于熔點較低的高純金屬，已有的塑性變形處理技術不能有效的細化其微觀結構尺寸。
[0003]以純鋁為例，通過HPT和ECAP技術處理獲得的最小晶粒尺寸分別是1.2μm(參考文獻1:C.Xu等,ActaMater.(材料學報),2007；55:203
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212)和0.5μm(參考文獻2:Y.Iwahashi等,ActaMater.(材料學報),1998；46:3317
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3331)。進一步增加塑性變形時晶粒不再細化，微觀結構趨于穩態達到極限晶粒尺寸。出現這一現象的原因是塑性變形主導的位錯增殖與動態回復主導的位錯湮滅達到動態平衡，進一步變形位錯密度不再變化。如何突破極限晶粒尺寸限制，進一步強化金屬材料，獲得優異綜合性能一直是納米金屬材料研究領域的重大難題之一。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。
[0004]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。
[0005]滾壓加工技術安全、方便，能精確控制精度，幾大優點：
[0006]1、提高表面粗糙度，粗糙度基本能達到Ra≤0.04μm左右。
[0007]2、修正圓度，橢圓度可≤0.01mm。
[0008]3、提高表面硬度，使受力變形消除。
[0009]4、加工后有殘余應力層，疲勞強度提高30％。
[0010]5、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。
[0011]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：現有滾壓技術是不能使工件表面形成納米晶體結構，現有滾壓技術對材料表面加工的深度過淺，現有滾壓技術加工速率過低。對提高工件的表面硬度是有限的。
技術實現思路
[0012]針對現有技術中存在的上述不足之處，本技術的目的在于提供一種超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，對金屬材料表層進行處理提高材料性能，解決一般球型滾壓方式壓入深度不足、滾壓速率過慢、滾壓阻力過大，單輪滾壓方式無法形成納米尺度晶粒層，同時使得試樣表面形成納米晶體結構。
[0013]本技術采用如下的技術方案：
[0014]一種超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，該滾壓刀具包括：滾珠、滾珠限位器、銷釘、滾珠支撐架、軸承、支撐底座、刀柄，具體結構如下：
[0015]刀柄上設有支撐底座，支撐底座通過螺絲固定在刀柄上，滾珠支撐架通過軸承及軸承內銷釘與支撐底座相連，軸承內圈通過銷釘及螺絲固定在支撐底座上，滾珠支撐架內圈與軸承外圈過盈配合；滾珠支撐架和支撐底座的外圍設置滾珠限位器，滾珠支撐架的外形為鼓形結構，其外弧面與滾珠限位器的上部內弧面相對應，支撐底座外圈為螺紋設計且與滾珠限位器的下部內圈通過螺紋連接；滾珠支撐架的外弧面頂部和底部分別設有凹槽，滾珠限位器的頂部開設與滾珠支撐架位于頂部凹槽對應的圓孔，滾珠安裝于滾珠支撐架的凹槽和滾珠限位器的圓孔之間。
[0016]所述的超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，滾珠支撐架的外弧面頂部和底部分別設有V型或者半圓型凹槽。
[0017]所述的超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，滾珠限位器開設的圓孔直徑小于滾珠直徑，使滾珠既能露出1/3又不會掉出滾珠限位器，滾珠在滾珠支撐架的凹槽和滾珠限位器的圓孔之間自由滾動。
[0018]所述的超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，滾壓刀具由刀柄固定在車床或者銑床的刀架上。
[0019]所述的超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，軸承選用低阻尼軸承，高精度低阻尼軸承的材質為高強度軸承鋼。
[0020]所述的超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，滾珠采用硬質合金球或高硬度陶瓷球，滾珠限位器與滾珠支撐架使用耐磨、高硬度、擁有良好韌性的軸承鋼或模具鋼。
[0021]所述的超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，滾珠的直徑為Φ4～Φ20mm，滾珠限位器開設的圓孔直徑為Φ3.5～Φ19.5mm。
[0022]一種超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具的使用方法，當加工軸類金屬工件時，將滾壓刀具固定在車床的車刀架上，欲加工金屬工件固定在三爪卡盤上，將滾壓刀具壓入金屬工件表面10～60μm，開動機床沿單方向加工金屬工件，三爪卡盤轉速為30～4000轉/
分，加工完一道次，停止加工，將刀具移至金屬工件的起始加工位置，加大進刀量繼續加工金屬工件；從而，通過硬質合金球在旋轉的金屬材料表面進行滾動，滾壓刀具沿金屬工件做單方向軸向運動，在材料表層產生塑性變形，使金屬工件材料表層晶粒發生晶粒細化而形成梯度納米組織；
[0023]當加工平板金屬工件時，將滾壓刀具固定在銑床上，將滾壓刀具壓入金屬工件表面10～60μm，開動銑床沿單方向加工金屬工件，加工完一道次，停止加工，將刀具移至金屬工件的起始加工位置，加大進刀量繼續加工金屬工件；從而，通過硬質合金球在旋轉的金屬材料本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種超高速深層金屬納米化的低阻尼滾壓刀具，其特征在于，該滾壓刀具包括：滾珠、滾珠限位器、銷釘、滾珠支撐架、軸承、支撐底座、刀柄，具體結構如下：刀柄上設有支撐底座，支撐底座通過螺絲固定在刀柄上，滾珠支撐架通過軸承及軸承內銷釘與支撐底座相連，軸承內圈通過銷釘及螺絲固定在支撐底座上，滾珠支撐架內圈與軸承外圈過盈配合；滾珠支撐架和支撐底座的外圍設置滾珠限位器，滾珠支撐架的外形為鼓形結構，其外弧面與滾珠限位器的上部內弧面相對應，支撐底座外圈為螺紋設...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙東楊，張波，周宇，李秀艷，盧柯，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：新型
國別省市：
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