[发明专利]一种预应力淬硬磨削复合加工方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面机械加工技术领域，特别是涉及一种将磨削、淬火及残余应力控制三者集成的预应力淬硬磨削复合加工方法。

背景技术

在机械加工过程中，磨削加工往往是零件的终加工方法，零件的最终表面完整性指标与磨削过程紧密相关，在制造业中应用广泛，素有“工业牙齿”之称，与现代装备制造业的发展有着密不可分的关系。磨削加工要符合绿色制造的发展要求，也是未来磨削技术发展的大趋势。

目前，对于磨削加工共有三种方式，包括传统磨削方式、预应力磨削方式及磨削淬硬方式。

传统磨削方式是将磨削、淬火及残余应力控制作为三个独立的工序进行操作。其中磨削加工主要采用湿磨削工艺，磨削过程中使用磨削液来降低和减少磨削热。这种加工方式的缺点有两种，其一是对磨削过程中产生的大量磨削热仅作为有害热源，通过使用大量的磨削液加以减少或消除，这样做不仅使磨削加工费用增高，而且也使磨削产生的热能白白浪费；而磨削后的零件表面硬度很低，很难达到使用要求，需要再进行淬火等后续热处理工序进行表面硬化处理。其二是这种加工方式会产生很大的残余拉应力，影响工件的疲劳寿命，因此往往需要在零件加工完毕后，对其进行喷丸、压延等后续的残余应力控制工序来减少残余拉应力，增加残余压应力。结果是既增加了场地、设备、人员等的投入，又限制了生产率的提高。

预应力磨削方式是一种对传统磨削方式的改良。它将残余应力控制与磨削相集成，但磨削仍为湿磨削。该加工方法是在磨削过程中，通过对工件施加预拉应力，对磨削后工件表面的残余应力进行主动控制与干预。预应力磨削方式可以有效改变已加工表面的残余应力状态，减少残余拉应力，增加残余压应力，从而提高工件表面的疲劳寿命，增加工件表面的抗磨损性能和抗腐蚀开裂的性能。该加工方法虽对磨削残余应力进行了主动的干预与控制，达到了“抗疲劳”效果，但缺点也是显而易见的，一方面加工过程中消耗了大量的磨削液，增加了生产成本又污染了环境；另一方面对磨削热没有加以利用而白白浪费，且零件加工后表面硬度不足往往还需进行后续热处理，这样既增加了加工时间、场地、设备、人员的投入，又造成资源利用率低、污染环境的不良后果，因此这种加工方法并不满足绿色制造要求。

磨削淬硬方式，满足“绿色制造”的要求，这种方式是将磨削与淬火工序相集成，利用磨削热对零件表面进行淬火的加工方法，磨削过程是不使用磨削液的干磨削。该方法将磨削热变害为宝，使磨削与淬火相集成，不但节约了能源、缩短了生产周期、提高了生产效率，还减少了有害物质的排放。但其缺点也有两方面，其一是这种加工方法在磨削过程中没有考虑零件的“抗疲劳”性能，工件表面残余拉应力较大，未能使材料物尽其用，达到最大的使用寿命，为提高零件疲劳寿命和抗磨损、耐腐蚀能力，需单独开设残余应力控制工序，增加了设备、人员、场地等的投入，同时还不利于生产率的进一步提高；其二是这种加工方式会产生很高的磨削热，加工完成后工件会发生变形（对于薄壁工件影响更为明显），这就极大地影响了工件的加工精度。造成零件表面质量下降，由此限制了该项技术的推广和应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种预应力淬硬磨削复合加工方法，该方法从“抗疲劳”性能、“绿色制造”的观念出发，以磨削淬硬方式为基础，再结合预应力磨削方式的优点，在磨削过程中既对磨削热进行有效利用，又通过施加预应力对工件表面残余应力状态进行主动控制与干预，是在磨削一道工序中完成了磨削、淬火、零件表面残余应力控制的技术方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种预应力淬硬磨削复合加工方法，包括如下步骤：

步骤一：将待磨削工件安装到预应力加载装置中，当工件安装到位后，对工件施加预拉应力，此时两者组成装配体；

步骤二：将装配体安放于磨削机构内，在磨削机构的磨削位置对装配体进行装夹固定，装夹固定完毕后，由磨削机构对装配体内的工件进行不施加磨削液的干磨削加工；

步骤三：磨削加工结束后，进行空气冷却，直到工件温度降低到室温为止；

步骤四：当工件温度达到室温时，卸载预拉应力，将工件从预应力加载装置中取出，完成工件的预应力淬硬磨削加工。

本发明的有益效果：

1、本发明与现有技术相比，将磨削、淬火及残余应力控制三者集成在一道工序中完成，有效的减少了加工工序、缩短了加工时间，提高了资源利用率及劳动生产率，避免了单独淬火、残余应力控制所需的场地、设备及人员投入。