一种轴承沟道光整强化方法
【专利摘要】本发明公开了一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤：1）将大功率的超声波换能器（3）安装在轴承超精研设备上,光整球（2）通过外力F作用在工件（1）的沟道表面，光整球（2）球径为沟道曲率最小值；2）通入超声波电流后，大功率的超声波换能器（3）形成的上下振动运动；3）摇杆机构的从动件（4）作左右摆动运动，其摆动角度等于沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；4）超声波换能器（3）形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件（4）的左右摆动运动及工件（1）的转动运动，经过5-10秒加工。本发明具有能改善沟道表面粗糙度、提高表面硬度，且高精度、高效、无污染的特点。
【专利说明】一种轴承沟道光整强化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械加工【技术领域】，具体地说是涉及一种轴承沟道光整强化方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]轴承的加工中，轴承内、外圈沟道的光整加工为终加工，对轴承的工作性能有很大影响。改善沟道的表面质量，能改善滚道表面的物理力学性能，从而提高轴承的旋转精度和耐磨性、降低轴承的振动和噪音、延长使用寿命。现有技术中，轴承内、外圈沟道的光整加工，主要采用超细磨料构成的油石或抛光布对其进行研磨、抛光加工，效率低。加工中，超细磨料在研磨掉较粗的砂轮花的同时，还形成沟道表面新的细划痕，即影响光整的效果，还是形成轴承工作时噪音的主要因素。采用这样的加工方法，还容易使沟道表面硬度弱化，影响轴承工作寿命。在采用油石研磨加工时，还需要采用煤油对工件进行冷却、冲洗及润滑，增大了生产成本，而且煤油对环境的污染大，不利于环境保护及生产工人的身体健康。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种能改善沟道表面粗糙度、提高表面硬度，且高精度、高效、无污染的轴承沟道光整强化的方法。
[0006]本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤:
1)将大功率的超声波换能器安装在轴承超精研设备上，光整球通过外力F作用在工件的沟道表面，光整球球径为沟道曲率最小值；
2)通入超声波电流后，大功率的超声波换能器形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为14KHz?47KHz ；
3)摇杆机构的从动件作左右摆动运动，其摆动角度等于沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4)超声波换能器形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件的左右摆动运动及工件的转动运动，经过5-10秒加工，即可。
[0007]上述轴承沟道光整强化的方法，其中:所述超声波换能器为压电陶瓷片构成。
[0008]上述轴承沟道光整强化的方法，其中:所述光整球为硬质合金标准球。
[0009]本发明与现有技术的相比，具有明显的有益效果，由以上方案可知，超声波换能器形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件的左右摆动运动及工件的转动运动，在振动力的作用下，沟道表面的粗糙度波峰高度被降低，Ra可达0.01 μ m。层沟道表面的硬度得到提高，根据振动功率的大小不同，硬度增加最大达3%，消除了因磨削引起的表面变质层，改善沟道材料的纤维方向分布，形成更多的沿沟道工作方向的分布形式，且低粗糙度，良好的表面纤维分布，更高的硬度，更有利轴承工作时的润滑，同时也降低了轴承的摩擦力。光整球通过外力F作用在工件的沟道表面，光整球球径为沟道曲率最小值，作用在沟道表面的光整球，由振动运动与工件转动运动的复合运动下，形成对沟道面的作用力，是一种切向力大大大于径向力。有效的解决了直接作用造成的表面硬化问题，且较大的切向力，更容易改善沟道表面材料纤维，沿沟道工作的分布，使轴承工作寿命提高。由大功率压电陶瓷构成的换能器，在通入超声波电流后，形成的振动频率与该电流频率相同工作，时，根据工件对质量的要求、加工效率选择改变超声波电流频率使用。总之，本发明能改善沟道表面粗糙度、提高表面硬度，且高精度、高效、无污染。
[0010]以下通过【具体实施方式】，进一步说明本发明的有益效果。
[0011]
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的动作结构示意图；
图2为图1的侧视图。
[0013]图中标记:
1、工件；2、光整球；3、超声波换能器；4、从动件。
[0014]【具体实施方式】
[0015]实施例1
本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤:
1)将大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3安装在轴承超精研设备上，硬质合金标准球的光整球2，通过外力F作用在工件I的沟道表面，光整球2球径为沟道曲率最小值；
2)通入超声波电流后，大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为14KHz ；
3)摇杆机构的从动件4作左右摆动运动，其摆动角度等于工件I沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4)超声波换能器3形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件I的转动运动，经过5秒加工，形成在工件I沟道整个表面的光整加工。
[0016]实施例2
本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤:
1)将大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3安装在轴承超精研设备上，硬质合金标准球的光整球2，通过外力F作用在工件I的沟道表面，光整球2球径为沟道曲率最小值；
2)通入超声波电流后，大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为24KHz ；
3)摇杆机构的从动件4作左右摆动运动，其摆动角度等于工件I沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4)超声波换能器3形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件I的转动运动，经过7秒加工，形成在工件I沟道整个表面的光整加工。
[0017]实施例3
本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤: 1)将大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3安装在轴承超精研设备上，硬质合金标准球的光整球2，通过外力F作用在工件I的沟道表面，光整球2球径为沟道曲率最小值；
2)通入超声波电流后，大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为47KHz ；
3)摇杆机构的从动件4作左右摆动运动，其摆动角度等于工件I沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4)超声波换能器3形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件I的转动运动，经过10秒加工，形成在工件I沟道整个表面的光整加工。
[0018]总之，参见图1至图2，该方法采用超声波换能器3形成的上下振动运动，在配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件I的转动运动等三种运动构成的复合运动，在配合功率最大可达1.2KW的压电陶瓷超声波换能器3在振动时形成的冲击力，在工件沟道的整个曲面上,形成一种滑擦力为主,正面冲击力为辅的加工过程。其中:摇杆机构从动件4的左右摆动运动，由传统的机械机构或者先进的电动或者液动动力装置来实现，对摇杆机构从动件4施加一定外力F，使光整头压在沟道上。工件I安装在机床卡具上，通过电机带动，绕其轴线转动。
[0019]当振动冲击力作用在工件I沟道上时，由于光整球2的半径与工件I沟道曲率半径相似，接触面为一小段线的接触。该线段长度上的显微不平度的高点，在这个力的作用下，高度降低，形成光整的作用。作用力还使该部位组织的拉应力变化为压应力，同时还形成硬化。
[0020]由于工件I在不停的转动，振动冲击力作用点在冲击瞬间移动，冲击的正压力变成以切向力Ft为主，径向力Fr为辅，发生转向的滑擦力Fk。正压力的改变，减小了工件I沟道表面组织的硬化作用，避免产生冷作硬化及残余应力，在滑擦力Fk的作用下，沟道表面组织纤维方向统一为沿沟道工作方向，或沿沟道工作方向的趋势。
[0021]摇杆机构从动件4的摆动，与工件I的转动配合，使振动冲击力的作用点不断改变，由于振动冲击的频率很高，在数秒内覆盖整个沟道表面数十次，在这样多次冲击力的作用下，很快改善沟道表面粗糙度质量，改善沟道表面应力方向，提高表面硬度及较合理的组织纤维分布。
[0022]本发明方法与目前采用的超精研方法比较，经多批次、多样本数的轴承零件的比较实验表明，本发明方法光整强化后的轴承套圈，从粗糙度、应力状态、组织纤维方向及表面硬度，都有明显改善，情况、证明了本发明方法的可行性。
[0023]具体实验:将一个800W的压电陶瓷换能器改造后，取代油石，安装在现有的超精研机上使用。对400件6203轴承工件内套分两组各200件，传统方法加工与本发明方法加工进行同加工时间对比试验，试验主要考察加工后的产品沟道表面的应力分布状态，表面粗糙度及表层显微硬度这三个指标。试验结果见下表。
【权利要求】
1.一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤: 1)将大功率的超声波换能器(3)安装在轴承超精研设备上，光整球(2)通过外力F作用在工件(I)的沟道表面，光整球(2)球径为沟道曲率最小值； 2)通入超声波电流后，大功率的超声波换能器(3)形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为14KHz?47KHz ； 3)摇杆机构的从动件(4)作左右摆动运动，其摆动角度等于沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合； 4)超声波换能器(3)形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件(4)的左右摆动运动及工件(I)的转动运动，经过5-10秒加工，即可。
2.如权利要求1所述的轴承沟道光整强化方法，其特征在于:所述超声波换能器(3)为压电陶瓷片构成。
3.如权利要求1或2所述的轴承沟道光整强化方法，其特征在于:所述光整球(2)为硬质合金标准球。
【文档编号】B24B35/00GK103978413SQ201410231707
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】徐北宁, 张坤, 张沛峰 申请人:贵州虹山虹飞轴承有限责任公司