一种减少残余应力的加热切削装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种减少残余应力的加热切削装置，包括卡盘、轴承、陶瓷加热棒和顶尖，所述轴承夹在卡盘上，所述陶瓷加热棒一端悬臂放置于所述轴承的轴承套内，所述陶瓷加热棒的另一端悬臂通过联轴器与固定在车床上的顶针连接；在所述轴承套内，所述陶瓷加热棒的悬臂上设置加热圈，在所述加热圈与轴承套的轴承内圈的内壁之间涂有硅油。本发明的有益效果是：可以极大的减小残余应力，而且有的还有少量的残余压应力，这种表面应力状态提高零件的疲劳强度和耐腐蚀性。
【专利说明】
一种减少残余应力的加热切削装置
技术领域
[0001]本发明涉及切削技术领域，具体是指一种减少残余应力的加热切削装置。
【背景技术】
[0002]风能作为现今重要的新型清洁能源，日益受到重视。风能领域的传动齿轮、轴承等重要构件工作时承受交变应力和热载荷，易产生疲劳破坏。轴承是风力发电机中的薄弱部位，是造成风电机组主要故障原因之一。因此，提高轴承的承载能力和使用寿命不仅会在一定程度上提高机组的稳定性，而且能够明显地降低维护成本。
[0003]对轴承、齿轮等零件加工表面状态和加工表面质量的研究，一直成为切削领域的科研工作者研究的热点。已加工表面层的残余应力状态对机器零部件的使用性能，如可靠性和稳定性等有极大的影响。理论研究与实际应用的结果表明，通过控制或调整已加工表面的应力状态，获得合适的残余压应力，可提高零件的疲劳强度和耐腐蚀性。
[0004]切削加工后，在工件表面以下约0.5mm的表面层里存在残余压应力或拉应力，产生这种残余应力的原因是:加工后表面层的金属由于切削热的存在引起伸张或收缩，同时受到里层金属的牵制，因而将会在这两层金属内产生方向相反的残余应力。如图1所示，假定加工后表层金属收缩△ I，里层金属不收缩。由于受里层金属的牵制作用，表层金属只能收缩A I'，这样就相当于将表面层拉长了( △ 1-Δ V )，从而表层金属将会产生残余拉应力。同样在表层金属收缩的作用下，里层金属的长度将会缩短A I'，即整个长度I受到了压缩，故里层金属将会产生压应力。实际上，无论里层金属是否发生收缩或伸长，只要表层相对于里层的收缩量相同，那么在表层金属里所产生的残余应力也一定会相同。
[0005]现有技术中，对于上述切削残余应力并没有很好的解决办法，也没有想要解决方案的记载和报道。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种减少残余应力的加热切削装置。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现:一种减少残余应力的加热切削装置，包括卡盘、轴承、加热棒和顶尖，所述轴承夹在卡盘上，所述加热棒一端悬臂放置于所述轴承的轴承套内，所述加热棒的另一端悬臂通过联轴器与固定在车床上的顶针连接;在所述轴承套内，所述加热棒的悬臂上设置加热圈，在所述加热圈与轴承套的轴承内圈的内壁之间涂有硅油。
[0008]所述轴承套由轴承内圈和轴承外圈组成，所述轴承外圈套在所述轴承内圈外侧侧壁上。
[0009]所述加热圈由绕在悬臂上的加热丝组成，所述加热丝连接加热控制装置，用于控制加热温度和时间。
[0010]所述顶针固定于车床的尾架上。
[0011]所述卡盘优选为三爪卡盘。
[0012]所述顶尖置于所述陶瓷加热棒的另一端悬臂的端部卡槽内，可以有效的提高同心度。
[0013]本发明针对风力发电机组的轴承开展基于热变形的加工表面残余应力控制的装置研究。一般认为已加工表面层残余应力产生的原因有:热塑性变形效应、弹塑性变形作用和表层金属在切削热的作用下发生金相组织变化，倘若热塑变形效应占优势，那么已加工表面呈现的合应力是残余拉应力；如果弹塑性变形作用占优势，而且弹性变形是拉伸变形，那么已加工表面将呈现残余压应力。通常的切削加工中，往往是热塑变形效应占优势，因而工件表面层存在残余拉应力。特别是现代的高速、高强度切削加工，其已加工表面的残余拉应力有时很大，甚至超过材料的强度极限。
[0014]总的来说，现有技术相比，本发明的有益效果是:可以极大的减小残余应力和稳定性，而且有的还有少量的表面残余压应力，这种表面应力状态提高零件的疲劳强度和耐腐蚀性。
【附图说明】
[0015]图1为图1所示为表面层残余应力产生的原理框图。
[0016]图2为本发明一种减少残余应力的加热切削装置的剖面结构图；
[0017]图3为本发明一种减少残余应力的加热切削装置局部横截面结构图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。
[0019]—种减少残余应力的加热切削装置，如图2所示，包括卡盘1、轴承2、陶瓷加热棒8和顶尖6，所述轴承2夹在卡盘I上，所述陶瓷加热棒8—端悬臂放置于所述轴承2的轴承套内，所述陶瓷加热棒8的另一端悬臂通过联轴器7与固定在车床上的顶针6连接。其中，放置在轴承套内的所述陶瓷加热棒8—端悬臂占整个陶瓷加热棒8长度的三分之一，这样可以保证加热效果，同时调高稳定性。所述顶针6的尖端深入到所述陶瓷加热棒8相应端部最少2cm，可以减少热塑变形效应。在所述陶瓷加热棒8与联轴器7连接端设置一个套设在所述陶瓷加热棒8端部的连件套。所述连接套的壁厚为4-6cm，这样保证了轴套加工时加热棒和轴承2的同心度，减少误差。在所述轴承套内，所述陶瓷加热棒8的悬臂上设置加热圈4，在所述加热圈4与轴承套的轴承内圈11的内壁之间涂有硅油3。在所述加热圈4与轴承套的轴承内圈11的内壁之间预留间隔为2-4_，这样可以涂覆硅油和提高加热及传热效果。优选的，在所述加热圈4与轴承套的轴承内圈11的内壁之间预留间隔为3_，这样可以涂覆硅油和提高加热及传热效果。所述轴承套由轴承内圈11和轴承外圈10组成，所述轴承外圈10套在所述轴承内圈11外侧侧壁上。所述加热圈4由绕在悬臂上的加热丝组成，所述加热丝连接加热控制装置9，用于控制加热温度和时间。所述顶针6固定于车床的尾架5上。所述卡盘优选为三爪卡盘。所述陶瓷加热棒8的端部设置卡槽，所述顶尖6置于所述陶瓷加热棒8的另一端悬臂的端部卡槽内，可以有效的提高同心度。
[0020]车削精加工时，轴承2夹在三爪卡盘上，在轴承2的轴承套内部放入陶瓷加热棒8，陶瓷加热棒8的左端悬臂放置在轴承套内，另一端悬臂通过联轴器7和车床上的顶针6相连接，这样保证了轴套加工时加热棒和轴承的同心度，加热丝绕在陶瓷加热棒上，在加热丝和轴承内圈11之间涂有硅油3，陶瓷加热棒8能绝缘绝热，硅油3有较高的耐热性、耐水性、电绝缘性和较小的表面张力，常用作高级润滑油和绝缘油，精车轴承外圈产生较高的切削温度，而内圈是常温，由于内外圈的温度差引起热胀冷缩，从而产生相应的残余应力，为了改善加工轴承表面的残余应力，适当控制加热温度，这样减少内外圈的温度差。
[0021]通过该装置的实验检测，发现使工件产生残余压应力的条件是工件表层产生足够的塑性变形和加工后母体有一定的收缩。也就是说，通过热膨胀变形，有可能达到施加预应力拉伸的结果。这里值得注意的是，由于所需加热的温度尚未达到钢材低温回火的温度，不至于影响材料的组织及性能，因此通过预热产生热变形，获得所需的加工表面残余压应力。
[0022]采用X射线法测试切削后的轴承表面残余应力，大量的实验数据表明，通过该加热切削装置后的轴承圈相比未加热普通切削下的轴承套圈的残余应力要小得多，而且有的还有少量的残余压应力，这种表面应力状态提高零件的疲劳强度和耐腐蚀性。验证了加热切削装置的有效性和正确性。
[0023]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。
【主权项】
1.一种减少残余应力的加热切削装置，其特征在于，包括卡盘、轴承、陶瓷加热棒和顶尖，所述轴承夹在卡盘上，所述陶瓷加热棒一端悬臂放置于所述轴承的轴承套内，所述陶瓷加热棒的另一端悬臂通过联轴器与固定在车床上的顶针连接;在所述轴承套内，所述陶瓷加热棒的悬臂上设置加热圈，在所述加热圈与轴承套的轴承内圈的内壁之间涂有硅油。2.按照权利要求1所述的一种减少残余应力的加热切削装置，其特征在于，所述轴承套由轴承内圈和轴承外圈组成，所述轴承外圈套在所述轴承内圈外侧侧壁上。3.按照权利要求2所述的一种减少残余应力的加热切削装置，其特征在于，所述加热圈由绕在悬臂上的加热丝组成，所述加热丝连接加热控制装置。4.按照权利要求1所述的一种减少残余应力的加热切削装置，其特征在于，所述顶针固定于车床的尾架上。5.按照权利要求1所述的一种减少残余应力的加热切削装置，其特征在于，所述卡盘为三爪卡盘。6.按照权利要求1所述的一种减少残余应力的加热切削装置，其特征在于，所述顶尖置于所述陶瓷加热棒的另一端悬臂的端部卡槽内。
【文档编号】B23B25/00GK105880650SQ201610261599
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】徐兰英, 伍强
【申请人】广东技术师范学院