滾壓馬氏體不銹鋼環類件平面減小表面粗糙度的研究

劉亞玲，王芳，陳強，孟艷玲，何春元，王平久

（1.沈陽鼓風機集團核電泵業有限公司 ，遼寧 沈陽 110869；2.沈陽三科核電設備制造股份有限公司,遼寧 沈陽 110027）

核級泵軸承試驗臺上的傳感器需從外廠購買，進廠應用前需要設計專用件來標定傳感器。設計的專用件為環類件，標定傳感器的端面我們稱其為被測靶面，因其起到標定作用，所以對其粗糙度要求較高。按傳統的加工方法，平面粗糙度的保證一直是磨削，但其對零件結構束縛很大，而我公司的現有平磨也無法保證此次我們需要的被測靶面的粗糙度要求。因此想通過對平面滾壓的研究來達到我們所需要的被測靶面的表面粗糙度要求。

1 滾壓的原理及作用

滾壓是一種無切削加工，是可顯著提高動力負荷下的構件的強度和使用壽命的表面層增強的機械方法。這種表層增強的方法是基于三種物理作用：滾光、內應力和冷硬化。在滾壓過程中，通過一個球體或者一個輥，對工作的表面進行壓迫。接觸范圍的擠壓超過了屈服強度時，邊緣層就發生彈性變形，通過變形對材料的晶格結構產生擾動，位借密度的提高增強邊緣區域的強度并減小其表面粗糙度。

2 滾壓試驗

因實際應用的件只是對被測靶面的粗糙度要求較高，所以我們通過多次試驗確定最優滾壓參數，從而保證被測靶面最優的表面粗糙度

2.1 滾壓刀具的結構

滾壓刀具有多中類型，我們選購的刀具為球體形式，其可通過刀體中的調節柄來左右調節角度。大體結構見圖1。

圖1 滾壓刀具的結構圖

2.2 滾壓試驗方案

因產品件材質為12Cr13,是馬氏體不銹鋼，而平面滾壓在以往的產品中沒有應用過，所以我們先按12Cr13材質做的試驗件，經過多次試驗得出表面粗糙度值為R0.1—R0.2時最優滾壓參數（表1）。

表1 最優滾壓參數

3 產品件的滾壓及表面粗糙度檢測

3.1 產品件的結構要求

（1）零件材料為12Cr13,馬氏體不銹鋼。

（2）Φ270～Φ300端面、Φ306～Φ345兩個被測靶面要求表面硬化，硬化后表面粗糙度至少達到R0.4。滾壓件尺寸示意圖如圖2。

3.2 產品件的滾壓

滾壓是實現表面硬化的一種方法。所以我們通過滾壓來達到產品件被測靶面的表面粗糙度。因滾壓前零件的表面粗糙度對滾壓后的表面粗糙有一定的影響，且滾壓對零件表面基本不去除量，所以滾壓前用數控臥車將零件的兩個被測靶面先加工好，表面粗糙度值達到至少為R0.8—R1.6。然后利用上述得出的最優滾壓參數，對產品件被測靶面進行了滾壓。

圖2 滾壓件尺寸示意圖

3.3 產品件滾壓后表面粗糙度的檢測

零件兩個被測靶面滾壓后，用粗糙度儀檢測后，上平面粗糙度值為R0.11，第二個被測靶面粗糙度值為R0.12.，圖紙要求至少為R0.4。圖3為被測靶面滾壓后粗糙度檢測圖。

圖3 被測靶面滾壓后粗糙度檢測

4 拓展

4.1 最優滾壓參數是否適用于其它馬氏體不銹鋼

因產品件材質為12Cr13,是馬氏體不銹鋼，為了驗證從產品件得出的最優滾壓參數是否適用于其它馬氏體不銹鋼，我們又分別用此滾壓參數對0CR13Ni4Mo、1Cr17Ni2、RWA350材質的馬氏體不銹鋼做了滾壓試驗件，經過多次試驗及表面粗糙度的檢測，用此滾壓參數滾壓的平面表面粗糙度值基本為R0.1～R0.25，可以確定此參數也適用于其它的馬氏體不銹鋼。

4.2 滿足圖紙要求的參數區間的確定

通過對試驗件的加工及檢測，我們得出用最優滾壓參數滾壓馬氏體不銹鋼后的平面表面粗糙度為R0.1～R0.25,但有些零件表面粗糙度值到R0.4即可我們針對此情況。在0CR13Ni4Mo、1Cr17Ni2、RWA350材質的實驗件上，又驗證了滾壓參數區間，見表2。其能達到的平面粗糙度值為R0.1～R0.4。

表2 滾壓參數區間

5 此方法的局限性

因滾壓刀具中的球體與刀體成一定角度（見圖1），不同心，所以其對滾壓平面有一定的要求。圓形實體件的平面滾壓不到中心；環形梯形件上、下平面均能滾壓到，而上、下平面之間的平面根部單邊將近5mm的范圍內滾壓不到。

6 結語

綜上，通過采購滾壓設備及專用滾壓刀具，利用我公司現有的數控臥車，通過對產品件平面的滾壓及又對幾種馬氏體不銹鋼試驗件的滾壓試驗，我們驗證出了滾壓馬氏體不銹鋼環類件的最優滾壓參數,以及滿足圖紙要求的參數區間及各參數所能達到的表面粗糙度要求。這種加工方法可以推廣到所有環類平面要求粗糙度較高的零件的加工上。