滚压加工原理

我们经常看到铺设道路时 轧路机将凹凸不平的马路压得很平整 滚压工具的加工原理也是如此 用滚柱 滚压金属表面 将表面凸起部分碾平 而使凹陷部分隆起 加工成平滑如镜的表面 与切削加工不同 是 一种塑性加工 被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到 Ry0 1 0 8 m 而且加工面硬化后其耐磨性得到提 高的同时疲劳强度也增加了 30 等具有切削加工中无法得到的优点 由于可简单地并且低成本地进行零部件的超精密加工 日益被以汽车产业为首的精密机械 化学 家电等产业广泛采用 发挥了很大的优势 滚压加工是将高硬度且光滑的滚柱与金属表面滚压接触 使其表面层发生局部微量的塑性变形后得到改善 表面粗糙度的塑性加工法的一种 短时间内改善表面粗糙度的同时表面被加工硬化 并且由于产生压缩残留应力可得到具有耐久性的表面 图图 1 滚柱滚压的原理滚柱滚压的原理 图 1 为滚压加工原理的模拟图 在滚压区域 A 滚柱与切削加工面接触后渐渐加压 在塑性变形区域 B 接触压力超过材料的屈服点 产生局部塑性变形 在滚柱下端最大负重作用后 在平滑区域 C 开始弹性恢复 滚柱渐渐离开加工表面 在实际的滚压加工中由多支滚柱连续并反复进行上述动作 将表面加工成平滑如镜 采用滚压加工想得到良好的表面必采用滚压加工想得到良好的表面必 须注意以下几个方面 须注意以下几个方面 前加工表面前加工表面 前加工尺寸前加工尺寸 驱动机驱动机 润滑与清洗润滑与清洗 加工部位的壁厚加工部位的壁厚 加工部位的硬度加工部位的硬度 转速与进给转速与进给 滚压不到的部位滚压不到的部位 由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法 所以加工后的表面粗糙度受凸起 部分的高度及形状 即加工前状态的影响 如果加工前状态比较粗糙 凸起 部分很高而凹陷部分又很深 滚压后则不能将凸起部分完全添埋凹陷部分 加工后表面则粗糙 另外加工后的表面效果还受凸起部分形状的影响 由车床或镗床点切削所得 到的规则的凹凸形状 且高度在碾压的范围内时 就可得到最理想的表面 一般前加工的表面状况越好 加工后的表面也越好 同时滚压头的磨耗也越 少 前加工有可能要增加一道工序 这就要综合地考虑 返返 回回 由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法 所以加工前后工件的直径将发生 变化 内径将扩大 外径将减小 为了能加工到目标尺寸公差范围内 前加工的尺寸应考虑这个变化量 直径的变化量与工件的材质 硬度 滚压量有关 所以最初先进行 2 3 次 试加工后用最佳的参数进行量产 返返 回回 18 只要是可旋转且可进给的任何机床都可以使用 不需特殊的设备 另 外作为标准型滚压头有摩氏锥柄及直柄两种选配 滚压加工与切削加工不同 不需大扭矩 小功率机床也可以 可安装在普通的钻床 车床 加工中心 镗床 钻孔器等设备上进行加工 返返 回回 19 滚压加工时请使用低粘度的工作液 滚压加工过程中 当滚柱碾压金 属表面时会产生很细微的金属粉尘 金属粉尘不仅会影响加工面的质量 而 且会加速滚压头的损耗 所以有必要大量注入干净的工作液清除粉尘 高粘 度的工作液虽然润滑性好 可是清洗性能差 不适合滚压加工用 本公司 备有滚压加工专用的 滚压润滑油 只要在低粘度工作液中掺入 5 滚压 润滑油 即可发挥其杰出性能 滚压加工是用滚柱滚压加工部的表面 使其致密化 所以为了能使加工部位承受加工压力 加工部必须有充分的壁厚 孔径的 20 以上 薄壁或部分薄壁时 加工后会发生变形或降低圆度 通常用以下的几种方法解决这个问题 1 减少滚压量 减少滚压量 2 利用夹具支撑外周 利用夹具支撑外周 3 在加工为薄壁以前实施滚压加工 在加工为薄壁以前实施滚压加工 滚压头可加工的工件硬度上限值为 HRC40 但是也有为加工高硬度工件特 制的滚压头 加工上限值可达到 HRC55 的滚压头 针对高硬度材质加工时由于工具承受压力大 工具寿命会缩短 为了得到所 需精度的加工面 使用尽可能小的滚压量进行加工是很重要的 用滚压头对盲孔或台阶轴进行加工时 会有加工不到的地方发生 其尺寸 A 如下表 1 滚柱先端的滚柱先端的 R 部位部位 2 从滚柱先端到支架先端的长度从滚柱先端到支架先端的长度 3 支架先端到加工部端面的空隙支架先端到加工部端面的空隙 SH 系列 SB 系列 加工直径 mm 4 5 5 72 0 6 7 62 1 8 14 52 51 5 15 342 81 8 35 743 8 75 2005 8 SA 系列 加工直径 mm 15 641 8 注 为了使滚压加工不到的部分最小化 在设定好工具直径后 将突出滚柱 先端的芯轴部分或芯套部分切割掉 使其与滚柱先端保持同一位置 1 将机架套筒向装夹柄方向一边推一边旋转 向右旋转则扩大 向左 旋转则缩小 最小调节量为每一个刻度为 0 0025mm 2 放开机架套筒就会自动锁紧 工具径调节完成 3 请按下图所示 用千分尺测量滚柱先端的尺寸 请确认工具直径是 否正确 4 加工盲孔时 当需要切割掉突出的芯轴时请用砂轮或特殊刀具进行 切割 为了不降低硬度 请使用冷却液进行切割 请用手按住滚柱后端部将其紧靠在支架沟槽后端部进行工具直径的测量 请用手按住滚柱后端部将其紧靠在支架沟槽后端部进行工具直径的测量 用滚压头进行孔内面加工是将工具直径设定在比前加工尺寸稍大一些 将工用滚压头进行孔内面加工是将工具直径设定在比前加工尺寸稍大一些 将工 具具 或工件或工件 旋转并进给 对内孔进行滚压的加工方法 旋转并进给 对内孔进行滚压的加工方法 这时工具直径与工件前加工尺寸的差值被称为滚压量 这时工具直径与工件前加工尺寸的差值被称为滚压量 下图是各种金属材料的滚压量与表面粗糙度及内径扩大量之间的关系 下图是各种金属材料的滚压量与表面粗糙度及内径扩大量之间的关系 一般随着滚压量的增加表面粗糙度也随之变好 材质为钢时滚压量范围在 0 04 0 07mm 可得到最理想的表面 如滚压量 超过这个范围表面粗糙度反而恶化 这是由于随着滚压量超过一定的极限后 滚柱对表面施加了过度的压力 使表面发生剥离的现象所造成的 设定滚压量是根据材质及壁厚的不同而不同 滚压量的设定一般为前加工表 面粗糙度的 3 5 倍是最理想的 后表面粗糙度得到改善的同时内径将扩大 滚压加工后内径无法扩大到与工 具的直径一样 扩大的内径在工具通过后 由材料的弹性恢复而被缩小 内径扩大量与加工部位的材质有关 铝或青铜等有色金属随着滚压量的增加 内径扩大量几乎直线上升 尺寸矫正能力高 加工前的内径尺寸偏差为 0 03mm 的孔可加工到偏差为 0 01mm 以下 钢及铸铁件的滚压量范围在 0 04 0 07mm 时其内径几乎不发生变化 没 有铝及青铜等的尺寸矫正效果好 但尺寸偏差可修正到前加工的 60 70 左右 各材质的滚压量与表面粗糙度及内径扩大量的关系 各材质的滚压量与表面粗糙度及内径扩大量的关系 mm 滚压加工在改善表面粗糙度的同时表面层产生残留压缩应力 可提高疲劳强 度 图 1 对车削加工和滚压加工后的 SUS304 的残留应力分布进行了比较 可得知滚压加工后工件的残留压缩应力在深度为 0 08 0 10mm 处最大 图 2 为对相同的试加工材料进行内压疲劳破坏实验的结果 滚压加工后工件 中圆周方向残留压缩应力在疲劳极限附近可抑制裂痕的发生 将疲劳强度提 高 30 图 1 残留应力的分布 图 2 由残留应力 S N 曲线发生的变 化 返返 回回 油压 气压缸的密封材料中 有像 O 形圈及衬垫等的树脂 橡胶制的密封材 料也有金属制的密封材料 密封材与缸体的金属进行滑动时 密封材与金属间应具有良好的顺应性及密 封性的同时要求其具有低磨耗性 由切削及珩磨加工后的断面曲线的凸起部 分呈尖顶壮 这个凸起部分就很容易被磨损 与此相比滚压加工是将凸起部分碾压成光滑的平面 与密封材的接触流畅 明显降低了棒状滑动时的磨耗 返返 回回 为了减少滑动轴的磨擦 表面粗糙度应该加工到 Ry3 2 m 以下 滑动轴的材料大部分为铸铁或有色金属 进行滚压加工不仅可以轻易地得到 良好的表面 而且不像切削及珩磨加工会产生切屑废弃物 即可提高生产率 又保护了环境 返返 回回 金属之间过盈配合的零部件 轴 套筒或轴承档等 不但对表面粗糙度有很 高的要求而且对尺寸精度要求也很严格 切削加工的零部件在使用过程中 由于振动及负重的作用下表面产生塑性变形后就会发生松动 而滚压加工的零部件表面的凹凸被碾平后 因为材料的屈服点上升了 所以 长期使用也不会发生松动 可维持较高的稳定性 返返 回回 使用在水 油 煤气及气体的阀门大部分为锥形 为了防止泄漏 锥面需保 持严格的形状精度及表面粗糙度 滚压加工的表面其粗糙度及耐磨耗性得到了改善 而且提高了疲劳强度 因 此密封面的耐久性与密封性也得到了大幅度提高 1 滚柱的更换滚柱的更换 向左旋转机架套筒上的螺丝 将支架与塞筒一起卸下 注 安装滚柱时将直径较大的一端朝向工具前端 滚柱一定要成套 一套 更换 新旧混合时 会造成异常磨耗及精度不良的情况发生 2 支架的更换支架的更换 向左旋转机架的套筒螺母 拆卸支架与塞筒 将棒插入支架与塞筒的十字孔内 向左旋转就可卸下 3 芯轴的更换芯轴的更换 芯轴与柄由螺纹连接成一体的 向左旋转芯轴的扁平处 就可从工具的柄上卸下芯轴 SH SB 系列系列 1 滚柱的更换滚柱的更