專利名稱：液壓油缸細長活塞桿表面納米強化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓油缸細長活塞桿表面納米強化方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域?？蓱?yīng)用于機械制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的進步，各領(lǐng)域?qū)σ簤焊椎念愋鸵笠苍絹碓綇V泛。因此，液壓缸系統(tǒng)內(nèi)摩擦副表面的強化改性由此成為一個日益關(guān)注的課題。表面強化是一種改善機械零件和構(gòu)件表面性能、提高疲勞強度和耐磨性能的工藝方法，有時還能提高耐腐蝕性能。
在表面強化技術(shù)中，作為機械方式的強化方法，現(xiàn)在主要采用冷滾壓和噴丸兩種方式。但是，冷滾壓或噴丸方法的應(yīng)用在技術(shù)上也受到一定的限制。如滾壓技術(shù)一般只適用于回轉(zhuǎn)體類、硬度在40HRC以下的零件。而且由于加壓為靜載荷形式，為達到一定量的滾壓變形所需的壓力較大；而噴丸技術(shù)通常用于表面質(zhì)量要求不太高的零件。
對于液壓油缸活塞桿而言，目前其表面強化的方式主要是通過淬火的方式來實現(xiàn)。而對于細長活塞桿而言，熱處理通常會使零件變形，改變其尺寸和形狀精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種液壓油缸細長活塞桿外表面的納米強化方法，用其加工細長活塞桿外表面，得到的表面晶粒小，光潔度高、耐磨性好，能起到金屬晶粒的細化強化的作用；更進一步提高其減摩抗磨性能，增加液壓缸的使用壽命。
本發(fā)明的原理是利用活塞桿表面在常溫狀態(tài)下的冷塑性特點，運用滾珠高頻振動產(chǎn)生的機械能和溫度略高于室溫的熱能的復合能量對活塞桿表面進行無研磨劑的研磨、強化和微小形變處理，使活塞桿表面達到更好的表面粗糙度，細化表面金屬的晶粒，同時在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高表面顯微硬度，增強其耐磨性和疲勞壽命。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種液壓油缸細長活塞桿表面納米強化方法，使用的超聲納米強化系統(tǒng)為包括臥式車床，安裝在臥式車床上用于固定細長活塞桿的夾具、噴油管和刀架，超聲納米強化裝置；所述的超聲納米強化裝置包括依次連接的控制器、超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和滾珠；換能器與刀架連接。
具體操作步驟如下
1)安裝建立超聲納米強化系統(tǒng)，將控制器、超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、滾珠依次連接安裝好；將待加工的細長活塞桿安裝在夾具上，夾具、噴油管和刀架分別連接在臥式車床上；將換能器與刀架連接；
2)調(diào)試將換能器、變幅桿、滾珠連接體的軸線調(diào)試到與細長活塞桿的高度保持一致，并與其軸線垂直；調(diào)整滾珠使其轉(zhuǎn)動靈活、穩(wěn)定起振；控制器各表的數(shù)值顯示正常， 超聲振動輸出狀態(tài)為輸出功率480W、輸出頻率30KHz ；機床主軸跳動小于0. 03mm ；橫向進給時系統(tǒng)的間隙小于0. 05mm ；
3)加工對細長活塞桿進行半精車；半精車完畢后精車，根據(jù)機件的不同留出超聲波加工量；開啟噴油管，根據(jù)細長活塞桿的直徑設(shè)置臥式車床的主軸轉(zhuǎn)速和刀架進給速度，啟動超聲波模塊，進行超聲納米強化處理；加工過程中需保證活塞桿精車后粗糙度應(yīng)小于Ra6. 3、表面硬度不大于HRC60 ；最大線速度為SOm/min ；噴油管噴出的潤滑油是煤油和 20#機械油1 3的混合體；
4)加工完成后，卸下細長活塞桿，關(guān)閉超聲納米強化系統(tǒng)裝置。
上述技術(shù)方案中，控制器、超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、滾珠組成超聲波系統(tǒng)。 控制器用于調(diào)節(jié)納米強化過程中超聲波的參數(shù)并實時監(jiān)控超聲波加工的狀態(tài)；超聲波發(fā)生器用以產(chǎn)生頻率在30KHz交變電壓；換能器將30KHz交變電壓轉(zhuǎn)換成30KHz的機械振動； 變幅桿將小振幅的高頻振動變成大振幅的高頻振動；滾珠將高頻振動傳遞給細長活塞桿表面進行納米強化。在納米強化的過程中，細長活塞桿由機床模塊驅(qū)動；換能器與刀架相連， 可沿著細長活塞桿的軸向移動。機床模塊由噴油管、細長活塞桿、夾具、臥式車床和刀架組成。在納米強化的過程中，噴油管向滾珠和活塞桿之間注入潤滑油，活塞桿通過夾具與臥式車床連接，在臥式車床的驅(qū)動下使細長活塞桿按照設(shè)定的參數(shù)旋轉(zhuǎn)。
經(jīng)檢測，加工后的技術(shù)指標達到表面硬度提高20% 100%、層深0. 1 0. 2mm ； 粗糙度約為RaO. Ol O. 8。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1)本發(fā)明適于低剛度件。在滾珠高頻振動時，靠機械能和溫度略高于室溫的熱能作用于零件表面，而不是主要靠壓力，因此在對零件進行處理時不會因為機械壓力或熱的作用導致零件的變形，可以實現(xiàn)對細長件和薄壁件的加工。由于不是靠機械壓力的作用，因此能夠?qū)^硬的材料進行處理，一般要求零件表面硬度在處理以前不高于HRC60。
2)納米強化。滾珠與零件表面的相互作用是高頻的(頻率是30KHZ)、大能量的且振幅很小的作用，引起零件表面的微小形變，高頻的反復塑性變形導致晶粒碎化，這種特殊塑性變形方式可以使材料表層附近的晶粒細化至納米量級，這使得表面晶粒細化程度比超聲沖擊、機械研磨等其他強烈塑性變形方式更為嚴重和均勻。納米晶粒的產(chǎn)生使得零件表面顯微硬度提高20% 100%，提高了零件表面的耐磨性和疲勞壽命。
幻表面光潔度高。利用金屬在常溫狀態(tài)下的冷塑性特點，進行無研磨劑的研磨、強化和微小形變處理，使金屬零件表面達到更理想的表面粗糙度要求，可以使機件的表面光潔度達到RaO. Ol-RaO. 8，這種超光滑的表面進一步增強了其耐磨性。
4)效率高。在臥式車床上精車后直接原位進行超聲納米強化處理，省去了活塞桿的中間轉(zhuǎn)運過程，提高了工作效率。該加工方法比使用磨床加工省一倍的時間，同時加工零件的定位基準為同一基準，行位公差容易保證。


圖1是本發(fā)明使用的超聲納米強化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、控制器，2、超聲波發(fā)生器，3、換能器，4、變幅桿，5、滾珠，6、噴油管，7、細長活塞桿，8、夾具，9、臥式車床，10、刀架。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。4
如圖1所示，超聲納米強化系統(tǒng)主要由超聲波模塊和機床模塊依次連接組成。其中，超聲波模塊由控制器1、超聲波發(fā)生器2、換能器3、變幅桿4、滾珠5組成。機床模塊由噴油管6、細長活塞桿7、夾具8、臥式車床9和刀架10組成。納米強化過程中超聲波的參數(shù)由控制器1調(diào)節(jié)并實時監(jiān)控；超聲波發(fā)生器2用以產(chǎn)生頻率在30KHz交變電壓；換能器3將 30KHz交變電壓轉(zhuǎn)換成超聲振動；經(jīng)變幅桿4將振動振幅放大；帶動滾珠5做高頻振動，滾珠5與細長活塞桿7相互作用。在其相互作用的過程中，噴油管6向滾珠5和活塞桿7之間注入潤滑油。使用的潤滑油是煤油和20#機械油1 3的混合體?；钊麠U7通過夾具8 與臥式車床9連接，在臥式車床9的驅(qū)動下使細長活塞桿7按照設(shè)定的參數(shù)旋轉(zhuǎn)。換能器 3與刀架10相連實現(xiàn)軸向移動。
調(diào)試將換能器、變幅桿、滾珠連接體的軸線調(diào)試到與細長活塞桿的高度保持一致，并與其軸線垂直；調(diào)整滾珠使其轉(zhuǎn)動靈活、穩(wěn)定起振；控制器各表的數(shù)值顯示正常，超聲振動輸出狀態(tài)為輸出功率480W、輸出頻率30KHz ；機床主軸跳動小于0. 03mm ；橫向進給時系統(tǒng)的間隙小于0. 05mm ；
加工對直徑50mm細長活塞桿進行半精車；半精車完畢后精車，根據(jù)機件的不同留出超聲波加工量；開啟噴油管，根據(jù)細長活塞桿的直徑設(shè)置臥式車床的主軸轉(zhuǎn)速240r/ min和刀架進給速度0. ^mm/r，啟動超聲波模塊，進行超聲納米強化處理；加工過程中需保證活塞桿精車后粗糙度應(yīng)小于Ra6. 3、表面硬度不大于HRC60 ；最大線速度為SOm/min ；噴油管噴出的潤滑油是煤油和20#機械油1 3的混合體。
加工完成后，卸下細長活塞桿，關(guān)閉超聲納米強化系統(tǒng)。經(jīng)檢測，加工后的技術(shù)指標達到表面硬度提高36%、層深0. 15mm ；粗糙度為RaO. 05。
權(quán)利要求
1.一種液壓油缸細長活塞桿表面納米強化方法，其特征是，使用的超聲納米強化系統(tǒng)為包括臥式車床(9)，安裝在臥式車床(9)上用于固定細長活塞桿(7)的夾具(8)、噴油管(6)和刀架(10)，超聲納米強化裝置；所述的超聲納米強化裝置包括依次連接的控制器 (1)、超聲波發(fā)生器(2)、換能器(3)、變幅桿(4)和滾珠(5)；換能器(3)與刀架(10)連接； 具體加工步驟如下1)安裝建立超聲納米強化系統(tǒng)將控制器(1)、超聲波發(fā)生器O)、換能器(3)、變幅桿 、滾珠( 依次連接安裝好；將待加工的細長活塞桿(7)安裝在夾具(8)上，夾具(8)、噴油管(6)和刀架(10)分別連接在臥式車床(9)上；將換能器(3)與刀架(10)連接；2)調(diào)試將換能器、變幅桿、滾珠連接體的軸線調(diào)試到與細長活塞桿的高度保持一致， 并與其軸線垂直；調(diào)整滾珠( 使其轉(zhuǎn)動靈活、穩(wěn)定起振；控制器各表的數(shù)值顯示正常，超聲振動輸出狀態(tài)為輸出功率480W、輸出頻率30KHz ；機床主軸跳動小于0. 03mm ；橫向進給時系統(tǒng)的間隙小于0. 05mm。3)加工對細長活塞桿進行半精車；半精車完畢后精車，根據(jù)機件的不同留出超聲波加工量；開啟噴油管，根據(jù)細長活塞桿的直徑設(shè)置臥式車床的主軸轉(zhuǎn)速和刀架進給速度，啟動超聲納米強化系統(tǒng)，進行超聲納米強化處理；加工過程中保持活塞桿精車后粗糙度應(yīng)小于Ra6. 3、表面硬度不大于HRC60 ；最大線速度為SOm/min ；4)加工完成后，卸下細長活塞桿，關(guān)閉超聲納米強化系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓油缸細長活塞桿表面納米強化方法，其特征是，所述的待加工的細長活塞桿材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼或高速鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓油缸細長活塞桿表面納米強化方法，其特征是，所述的噴油管噴出的潤滑油是煤油和20#機械油1 3的混合體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液壓油缸細長活塞桿表面納米強化方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。利用超聲納米強化系統(tǒng)對細長活塞桿進行半精車；半精車完畢后精車，根據(jù)機件的不同留出超聲波加工量；開啟噴油管，根據(jù)細長活塞桿的直徑設(shè)置臥式車床的主軸轉(zhuǎn)速和刀架進給速度，啟動超聲納米強化裝置，進行超聲納米強化處理。本發(fā)明利用了活塞桿表面在常溫狀態(tài)下的冷塑性特點，運用滾珠高頻振動產(chǎn)生的機械能和溫度略高于室溫的熱能的復合能量對活塞桿表面進行無研磨劑的研磨、強化和微小形變處理，使活塞桿表面達到更好的表面粗糙度，細化表面金屬的晶粒，同時在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高了表面顯微硬度，增強了其耐磨性和疲勞壽命。
文檔編號C21D1/09GK102492804SQ201110410609
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者王世永, 閆梅 申請人:徐州永佳液壓設(shè)備有限公司