滚压加工技术

　　什么叫做滚压加工?
   
　　我们经常看到铺设道路时，轧路机将凹凸不平的马路压得很平整。滚压工具的加工原理也是如此，用滚柱滚压金属表面，将表面凸起部分碾压到凹陷部分，加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同，滚压加工是一种塑性加工。
　　滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间可以达到Ry0.1～0.8μm，而且由于加工硬化提高其耐磨耗性的同时疲劳强度提高30%，拥有在切削加工中无法得到的特性。由于可简单而低成本的进行零部件的超精密加工，滚压加工日益被以汽车产业为首的精密机械、化学、家电等产业广泛应用，发挥其优势。

　　滚压加工的原理

　　滚压加工是将硬度高且光滑的滚柱与金属表面滚压接触，使其局部产生微小塑性变形而进行的塑性精加工，可在短时间内改善表面粗糙度的同时表面被加工硬化，并且由于产生压缩残留应力可得到具有耐久性的表面。
　　滚压加工时，在碾入区域滚柱将与切削加工面接触并渐渐加压，在塑性变形区域接触压力超过材料的屈服点，产生局部塑性变形。在滚柱下端最大负载作用后，在平滑区域开始弹性复原，滚柱渐渐与加工表面分离。在实际的滚压加工中，由多根滚柱连续并反复进行上述动作，将表面加工成平滑的面。

　　加工条件

　　1.加工前表面
　　由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工后的表面粗糙度受凸起部分的高度及形状（即加工前状态）的影响。
　　如果加工前表面状态粗糙（凸起部分高，凹陷部分深），则不能将凸起部分完全添埋凹陷部分，造成加工表面粗糙。
　　另外，凸起部分的形状也影响加工后的表面。由车床或镗床单点切削得到的规则的凹凸形状，且为容易碾压的高度时，可得到最理想的表面。一般加工前的表面状况越好，加工后的表面状况越好，同时滚压头的磨耗也少。如果需要，可增加一道工序。
　　2.加工前尺寸
　　由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工前后工件的直径将发生变化（内径将扩大，外径将减小）。为了能加工到尺寸公差范围内，应考虑这个变化量决定前工序的尺寸。直径的变化量与工件的材质、硬度、滚压量有关，所以最初进行2～3次试加工后决定其尺寸。
　　3.驱动机械
　　滚压头标准型号有莫尔斯锥形装卡部及平行装卡部。滚压加工与切削加工不同，不需大扭矩，小功率机床也可以使用，可安装在钻床、车床、六角车床、镗床，钻孔器等设备上进行加工，勿需特殊设备。
　　4.润滑和清洗
　　由于滚压加工是利用滚柱碾压进行加工，将产生细微粉尘。粉尘不仅影响表面质量，而且加速滚压头的损耗，所以有必要大量注入切削液以清除粉尘。滚压加工时应使用粘度低的切削液。粘度高的切削液虽然润滑性好，可是清洗性能差，不适于滚压加工。本公司备有滚压加工专用的滚压润滑油，只要在低粘度切削液中掺入5%的滚压润滑油，即可发挥其杰出性能。
　　5.加工部分的壁厚
　　滚压加工是用滚柱滚压加工部分的表面，使其致密化。所以，为了能够承受加工压力，待加工部分应有充分的壁厚（内径的20%）。壁厚太薄或部分薄时，加工后将发生起伏或真圆度下降。
　　通常按以下方法解决这个问题：①减少滚压量；②利用夹具支撑外周；③在削薄壁厚以前实施滚压加工。
　　6.加工部分的硬度
　　滚压头可加工的工件硬度上限值为40HRC，但是也特制加工高硬度工件(硬度上限值为55HRC)用的滚压头。滚压加工高硬度工件时，加工部分由于承受压力大，工具寿命缩短。所以为得到所需精度的加工面，主要措施是减少滚压量。
　　7.转速和进给量
　　向右旋转滚压头进行滚压加工；也可固定滚压头，工件旋转也可得到同样结果。转速与进给速度根据加工直径不同而不同。
　　8.无法进行滚压加工的部分
　　用滚压头对盲孔及台阶轴进行滚压加工时，存在以下无法加工的部分：①滚柱前端圆弧部分；②滚柱前端到支架前端的距离；③支架前端到加工部分端面的缝隙；为了使无法进行滚压加工的部分最小，在定好工具直径后，将磨掉滚柱前端的心轴或使头的突出量与滚柱前端保持同一位置。
 
　　工具径的调整方法（SH/SB系列）

　　工具径的调整方法是将卡环压向装卡部向右旋转则扩大，向左旋转则缩小。开卡环就自动锁紧，最小调节量为一个刻度0.0025mm。用千分尺测量滚柱前端尺寸，确认工具径是否正确。
　　削平盲孔用滚压头心轴时，为不使硬度降低，可一边冷却一边用砂轮或特殊工具进行加工。
　　将滚柱后端紧靠在支架后端部进行工具径的测量。
　　直径变化量
　　用滚压头进行的内表面加工是将工具直径设定为比加工前尺寸略大，使工具(或工件)旋转并进给，对内面进行滚压。
　　一般随着滚压量的增加，表面粗糙度得到改善。材质为钢时滚压量在0.04～0.07mm范围内可得到最理想的表面。如滚压量超过这个范围表面粗糙度反而恶化，这是由于随着滚压量的增加，滚柱对表面的压力增加，加工表面将发生剥离。
　　滚压量随着材质及壁厚不同而不同。一般当滚压量为加工前表面粗糙度的3～5倍时可得到最理想的表面。
　　滚压加工后表面粗糙度得到改善的同时内径将扩大。滚压加工后内径无法扩大到与工具直径相等，因为扩大的内径在工具通过后会因材料的弹性而缩小。内径扩大量与加工部分的材质有关。铝或青铜等有色金属随着滚压量的增加，其内径扩大量几乎直线上升，尺寸矫正能力高。加工前内径尺寸偏差为0.03mm的孔经滚压加工后其偏差可降至0.01mm以下。
　　钢及铸铁的滚压量在0.04～0.07mm范围内时其内径将不发生变化，没有加工铝及青铜等材料时的尺寸矫正效果，但尺寸偏差可修正到加工前的60%～70%。

　　用超级滚压头加工后的效果

　　通过滚压加工，在改善表面粗糙度的同时可以得到以下的效果:
　　1．提高疲劳强度
　　滚压加工在改善表面粗糙度的同时将在表面层产生残留压缩应力，可提高工件的疲劳强度。
　　通过对车削加工和滚压加工后的SUS304的残留应力分布进行了比较，可知滚压加工后工件中残留压缩应力在剪切应力最大的深度为0.08～0.10mm处最大。
　　对形状相同的试料进行内压疲劳破坏试验的结果表明，滚压加工后工件中圆周方向残留压缩应力在疲劳极限附近可抑制裂痕的发生，可将疲劳强度提高30%。
　　2.提高滑动零件的寿命
　　油压、气压缸的O型圈及衬垫等密封材料有树脂和金属。密封材料要与缸体发生磨擦，所以密封材料应与金属有好的顺应性，以及在保持密封性的同时不因磨擦而产生磨耗。由磨削加工及喷丸加工后的断面曲线形成凸起部分，这个凸起部分会显著磨损密封材料。 
　　而滚压加工是将凸起部分进行碾压，从而形成光滑的平面，与密封材料的接触流畅，明显减少了棒状滑动及磨耗，因此广泛用于汽车制动缸、油气压缸、阀体及缓冲器等制造领域。
　　3.保护环境
　　为了减少滑动轴承的磨擦，表面粗糙度应在Ry3.2μm以下。轴承的材质大部分为铸铁或有色金属，进行滚压加工不仅可以轻易地加工成所需的表面，而且没有象磨削及喷丸加工的产业废弃物，既提高生产率，又保护环境。
　　4.避免初期磨损
　　与金属过盈配合的零部件，轴及轮毂或压入轴承的孔需有良好的表面粗糙度及尺寸精度。切削加工的零部件在使用期间由振动及周期性负载的作用下将产生沟槽。而滚压加工的零部件碾平凹凸的同时材料的屈服点上升，所以长期使用也不会产生沟槽，维持其稳定的性能。

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