[发明专利]基于结构化磨粒砂轮的超高强钢磨削强化平台及强化方法

说明书

本发明涉及一种基于结构化磨粒砂轮的超高强钢磨削强化平台，包括磨削主轴、砂轮、工作台、喷嘴；砂轮安装在磨削主轴上，工件装夹在工作台上，安装到位后，砂轮下端与工件接触，形成磨削区域；喷嘴的喷口方向对准砂轮与工件磨削区域。工作台能够移动，移动时带动工件做进给运动，磨削主轴能够旋转，旋转时带动砂轮转动，实现磨削强化。本发明同时提供了基于结构化磨粒砂轮的超高强钢磨削强化方法。本发明将齿轮精加工与表面强化集于同一道工序，简化工艺流程，提高齿轮加工效率，降低生产成本，提高了齿轮加工表面合格率。

技术领域

本发明属于航空航天精密加工领域，涉及一种基于结构化磨粒砂轮的超高强钢磨削强化平台及强化方法。

背景技术

机械零件在工作过程中常常因材料表面不能胜任苛刻的服役条件而出现失效问题。失效部位大多由零件表面和近表面向内部扩散导致零件整体失效而影响产品性能与寿命，因此提高材料表面性能能够有效延长机械零件的使用寿命。在航天器精密驱动传动机构啮合过程中，齿轮表面往往需要接触并承受很大的载荷，表面强化程度不够会造成齿轮磨损、开裂等严重问题。当前航天器齿轮材料选用高强度不锈钢CF170，该材料是一种马氏体时效强化不锈钢，时效后抗拉强度可以达到1550MPa，作为一种强度高、抗冲击能力强的新型钢材，在较高的强度条件下使用安全可靠性，具有广阔的应用前景。

在航天器齿轮加工中，传统方法是采用离子渗氮的表层改性方式实现表面强化处理，但该方式成本高、效率低，同时存在渗氮层易出现裂纹、渗氮后齿轮变形影响精度等级等问题，导致齿轮合格率降低。磨削加工作为CF170齿轮的主要加工方法之一，通常应用于经过铣齿、滚齿等方式加工后需要精加工的齿轮，然而，磨削加工消耗的能量要远高于切削，且这些能量大多都转化为了磨削热，其中约有60％-95％的磨削热能被传入工件，并聚集在工件的表面层形成局部高温，这在齿轮磨削加工过程中容易造成磨削烧伤，引起材料表层软化以及引起残余拉应力，影响齿轮的服役性能。因此迫切的需求一种新的磨削工艺，在对CF170不锈钢齿轮精加工的同时进行表面强化，替代传统的表面渗氮强化，且同时保证加工质量，有效的提高高强度不锈钢齿轮的加工质量与效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于结构化磨粒砂轮的超高强钢磨削强化平台及强化方法。

本发明解决技术的方案是：

一种基于结构化磨粒砂轮的超高强钢磨削强化平台，包括磨削主轴、砂轮、工作台、喷嘴；

砂轮安装在磨削主轴上，工件装夹在工作台上，安装到位后，砂轮下端与工件接触，形成磨削区域；喷嘴的喷口方向对准砂轮与工件磨削区域；

工作台能够移动，移动时带动工件做进给运动，进给速度为100mm/min—500mm/min；磨削主轴能够旋转，旋转时带动砂轮转动，使砂轮线速度为15m/s—25m/s；

喷嘴用于向磨削区域喷射冷却液；

砂轮上的磨粒沿砂轮外环面均布排列，每个磨粒被修整为扁平凸台式结构，形状为梯形，且磨粒裸露部分即与工件接触部分，被修整为球面。

喷嘴与磨削区域的距离为100-200mm。

冷却液为低温CO₂气体与微量润滑液。

砂轮上的磨粒尺寸为60-80目。

一种基于结构化磨粒砂轮的超高强钢磨削强化方法，包括如下步骤：

步骤1、将待加工的工件装夹在工作台上；

步骤2、将砂轮安装在磨削主轴上，使砂轮下端与待加工的工件接触，接触区域即为磨削区域；砂轮上的磨粒沿砂轮外环面均布排列，每个磨粒被修整为扁平凸台式结构，形状为梯形，且磨粒裸露部分即与工件接触部分，被修整为球面。

步骤3、设置喷嘴位置，将喷嘴的喷口对准砂轮与工件的磨削区域；