高。
[0037] 本发明的冷却构件13采用冷却润滑液，通过连通的管道喷洒在处理过程中的试件 表面，一方面是为了在加工完成后对金属进行降溫，抑制金属再结晶晶粒的长大;另外一方 面是可W调节待处理试件和無摩头1之间的摩擦力，同时可W冷却無摩头1，提高其使用寿 命。
[0038] 优选的，结合图4,無磨头1的無磨面为弧形面，弧形面的弧度为^~结合图3， 本发明的無磨头1的無磨面上设置多种不同的增加表面摩擦力的压花，不同压花对于待处 理试件的作用是为了使得加工过程中的摩擦力增大，产生的热量更多，更有利于成型，使得 金属的流动范围更大。
[0039] 试件夹紧自转构件包括=棘爪8和旋转马达7，=棘爪8夹紧圆柱体状的低烙点金 属待处理试件10,旋转马达7带动=棘爪8与圆柱体状的低烙点金属待处理试件10-起沿旋 转面进行自转，采用=棘爪8紧固的目的是为了保证在旋转的过程中，待处理试件不会因为 旋转力的作用产生位移，同时，=棘爪8的可W满足众多工件尺寸的要求。试件夹紧自转构 件还包括顶针12、工作台9和第二保护罩11，顶针12位于=棘爪8的上方，=棘爪則尋圆柱体 状的低烙点金属待处理试件10的一个底面端夹紧，顶针12在圆柱体状的低烙点金属待处理 试件10的另一个底面顶紧，=棘爪8嵌设在工作台9上，试件夹紧自转构件的外侧设置密封 的第二保护罩11，保护试件的处理过程，采用顶针12的目的是为了保证在自转过程中使得 待处理试件的稳定性更好，使得待处理试件表面处理更加的均匀，顶针12的运动轨迹是沿 着其固定端进行旋转，并且能够进行竖直方向进给。
[0040] 为了研究试件加工过程中各个因素之间的关系，发明人给出了 W下的计算公式进 行理论指导：
[0041] 假设所选择的圆柱体状的低烙点金属待处理试件的直径为D，单位为mm，待处理试 件的旋转角速度为《，单位为r/min，行进式表面無磨的行进速度为V，单位为，無磨 头所对应的弧度为W，無磨头的高度为h，单位为mm，待处理试件的高度为H，单位为mm，搭变 量为丫 h(0< 丫 <1 )，假设在完成路程h- 丫 h的距离时，待处理试件旋转N圈，N为自然数，贝阳口 工完试样所需要的时间t，单位为min，为：
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[004引搭变量指的是每次加工完一道次之后，要对上一道次的一部分进行重复加工，为 了使得上下加工之间不存在缝隙;也为了每道次环向加工后金属的表面不存在加工后的接 巷，也可W使得金属的细化程度提高，同时提高了金属细化的整体性和均匀性，使得表面性 能更加的均匀。
[0049]其中，在调节垂直于加工件表面的压力时，应当考虑無摩头对加工件的摩擦力。假 设摩擦力为Tn，根据库伦干摩擦定律有：
[0化0] Tn=f〇n
[0051] 其中，f为摩擦因素，On为压力器给与的表面压缩正应力，单位为牛顿，一般来说， 变形材料的溫度越高，则摩擦系数越大。但铜在800°C和钢在900°C W上时，其摩擦系数反而 随溫度的升高而降低，因而在调节摩擦力时应考虑加工件材料的因素。
[0052] 無摩头深入的加工件表面的部分称之为压下量，在选取压下量的时候，可W根据 加工金属的表面成型性来确定，在压下量较大时，摩擦产生的热输入量加大，金属的成型性 得W提高，对低烙点金属待处理试件进行行进式表面無磨时的压下量为0.2~1.2mm，压下 量越大，加工表面的成型性越好，但是产生的摩擦热量多，晶粒尺寸会变粗化，本发明给出 烙点较低的金属如AZ31儀合金的压下量为0.2~1mm。
[0053] 实施例一：
[0054] 结合本发明所示的方法和装置，对AZ31儀合金进行环向無摩加工，AZ31儀合金的 烙点为650°C。
[005日]首先在长300mm，宽200mm，厚IOmm的AZ31儀合金板材上车削出高45mm，直径为8mm 的圆柱状试件。
[0056] 采用如图1所示装置对圆棒进行無摩加工，其中角速度为4(K)r/min，無摩行进速度 为53mm/min，压下量为1.0mm，采用乳化液进行润滑，無摩头面为平面没有花纹，無摩头高为 5mm，搭变量为1mm，进行2次無摩。
[0057] 如图5和6所示，即为母材無磨前后的金相组织对比图，其中無磨前晶粒尺寸较为 粗大，在尺寸较大的晶粒旁存在小晶粒，母材组织不均匀，加工完之后晶粒成细小拉长状， 平均晶粒尺寸约为6~化m，说明采用本发明的方法和装置可W使低烙点金属的表面得晶粒 得到细化，并且無磨后组织均匀，使得材料表面强度增加，耐磨性能和疲劳性能提高。
[005引实施例二：
[0059] 本实施例与实施例一不同的是，無磨头的無磨面有花纹，为图3中的B花纹，对AZ31 儀合金进行环向無摩加工件截面晶粒结果如图7所示，在采用带有花纹的無摩头时，無摩时 的摩擦力和表面切应力增大，金属细化的程度和范围增大，同时过渡区的范围减小，晶粒尺 寸约为3~化m。
[0060] 实施例立：
[0061] 结合本发明所示的方法和装置，对直径为5mm的圆柱体状6063侣合金棒材进行环 向無摩加工。采用如图1所示装置，其中自转角速度为400r/min，行进式表面無摩的行进速 度为53mm/min，压下量为1mm，采用乳化液进行润滑，無摩头面为平面无花纹，無摩头高为 5mm，搭变量为1mm，进行1次無摩。如图8和图9所示为加工前试件和加工后试件的表面透射 显微照片。母材的晶粒尺寸为2~化m(图8)加工后侣棒表面组织细化效果明显，加工后平均 晶粒尺寸0.5~0.9WI1(图9)，使得晶粒尺寸达到超细化，且组织均匀。
【主权项】
1. 一种低烙点金属环向無摩表面超细化方法，其特征在于，将低烙点金属待处理试件 加工成圆柱体状，使圆柱体状的低烙点金属待处理试件沿旋转面进行自转，沿自转的圆柱 体状的低烙点金属待处理试件的母线方向对低烙点金属待处理试件进行行进式表面無磨。2. 如权利要求1所述的低烙点金属环向無摩表面超细化方法，其特征在于，所述的圆柱 体状的低烙点金属待处理试件的自转角速度与行进式表面無磨的行进速度比为2~10;自 转角速度的单位为r/min，行进速度单位为mm/min。3. 如权利要求1或2所述的低烙点金属环向無摩表面超细化方法，其特征在于，对低烙 点金属待处理试件进行行进式表面無磨时的压下量为0.2~1.2mm。4. 如权利要求1或2所述的低烙点金属环向無摩表面超细化方法，其特征在于，所述的 低烙点金属为AZ31儀合金，对AZ31儀合金待处理试件进行行进式表面無磨时的压下量为 0.2~lmm〇5. 如权利要求1或2所述的低烙点金属环向無摩表面超细化方法，其特征在于，进行行 进式表面無磨的单位無磨面积与圆柱体状的低烙点金属待处理试件的侧面积的面积比为 1:4 ~24。6. 实现权利要求1、2、3、4或5所述的低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置，其特 征在于，包括试件夹紧自转构件、控压無磨构件、冷却构件（13)和竖向进给构件，试件夹紧 自转构件用于夹紧圆柱体状的低烙点金属待处理试件（10)并控制其沿旋转面进行自转，控 压無磨构件在竖向进给构件的带动下沿圆柱体状的低烙点金属待处理试件（10)的母线方 向进行行进式無磨，冷却构件（13)对加工过程中的圆柱体状的低烙点金属待处理试件（10) 进行冷却。7. 如权利要求6所述的实现低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置，其特征在于， 所述的控压無磨构件包括無磨头（1)和与無磨头（1)同轴连接的压力器(3)，压力器(3)与竖 向进给构件的移动端垂直固定连接。8. 如权利要求7所述的实现低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置，其特征在于， 所述的無磨头(1)的無磨面为弧形面，弧形面的弧度为~f。9. 如权利要求6所述的实现低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置，其特征在于， 所述的试件夹紧自转构件包括Ξ棘爪(8)和旋转马达(7)，Ξ棘爪(8)夹紧圆柱体状的低烙 点金属待处理试件（10)，旋转马达(7)带动Ξ棘爪(8)与圆柱体状的低烙点金属待处理试件 (10) -起沿旋转面进行自转。10. 如权利要求9所述的实现低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置，其特征在 于，所述的试件夹紧自转构件还包括顶针（12)，顶针（12)位于Ξ棘爪(8)的上方，Ξ棘爪(8) 将圆柱体状的低烙点金属待处理试件（10)的一个底面端夹紧，顶针（12)在圆柱体状的低烙 点金属待处理试件(10)的另一个底面顶紧。
【专利摘要】本发明公开了一种低熔点金属环向辗摩表面超细化方法及其装置，方法包括将低熔点金属待处理试件加工成圆柱体状，使圆柱体状的低熔点金属待处理试件进行自转，沿自转的圆柱体状的低熔点金属待处理试件的母线方向对低熔点金属待处理试件进行行进式表面辗磨；装置包括试件夹紧自转构件、控压辗磨构件、冷却构件和竖向进给构件；本发明的低熔点金属环向辗摩表面超细化方法及其装置，可以在不对金属表面进行多次加工的程度上依然可以实现金属表面的细化，通过金属的动态再结晶行为达到细化低熔点金属表面的目的。
【IPC分类】C21D9/00, C22F1/06
【公开号】CN105695904
【申请号】CN201610072728
【发明人】王快社, 乔柯, 王文, 李天麒, 张巡辉
【申请人】西安建筑科技大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年2月2日