滚压马氏体不锈钢环类件平面减小表面粗糙度的研究

刘亚玲，王芳，陈强，孟艳玲，何春元，王平久

（1.沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司 ，辽宁 沈阳 110869；2.沈阳三科核电设备制造股份有限公司,辽宁 沈阳 110027）

核级泵轴承试验台上的传感器需从外厂购买，进厂应用前需要设计专用件来标定传感器。设计的专用件为环类件，标定传感器的端面我们称其为被测靶面，因其起到标定作用，所以对其粗糙度要求较高。按传统的加工方法，平面粗糙度的保证一直是磨削，但其对零件结构束缚很大，而我公司的现有平磨也无法保证此次我们需要的被测靶面的粗糙度要求。因此想通过对平面滚压的研究来达到我们所需要的被测靶面的表面粗糙度要求。

1 滚压的原理及作用

滚压是一种无切削加工，是可显著提高动力负荷下的构件的强度和使用寿命的表面层增强的机械方法。这种表层增强的方法是基于三种物理作用：滚光、内应力和冷硬化。在滚压过程中，通过一个球体或者一个辊，对工作的表面进行压迫。接触范围的挤压超过了屈服强度时，边缘层就发生弹性变形，通过变形对材料的晶格结构产生扰动，位借密度的提高增强边缘区域的强度并减小其表面粗糙度。

2 滚压试验

因实际应用的件只是对被测靶面的粗糙度要求较高，所以我们通过多次试验确定最优滚压参数，从而保证被测靶面最优的表面粗糙度

2.1 滚压刀具的结构

滚压刀具有多中类型，我们选购的刀具为球体形式，其可通过刀体中的调节柄来左右调节角度。大体结构见图1。

图1 滚压刀具的结构图

2.2 滚压试验方案

因产品件材质为12Cr13,是马氏体不锈钢，而平面滚压在以往的产品中没有应用过，所以我们先按12Cr13材质做的试验件，经过多次试验得出表面粗糙度值为R0.1—R0.2时最优滚压参数（表1）。

表1 最优滚压参数

3 产品件的滚压及表面粗糙度检测

3.1 产品件的结构要求

（1）零件材料为12Cr13,马氏体不锈钢。

（2）Φ270～Φ300端面、Φ306～Φ345两个被测靶面要求表面硬化，硬化后表面粗糙度至少达到R0.4。滚压件尺寸示意图如图2。

3.2 产品件的滚压

滚压是实现表面硬化的一种方法。所以我们通过滚压来达到产品件被测靶面的表面粗糙度。因滚压前零件的表面粗糙度对滚压后的表面粗糙有一定的影响，且滚压对零件表面基本不去除量，所以滚压前用数控卧车将零件的两个被测靶面先加工好，表面粗糙度值达到至少为R0.8—R1.6。然后利用上述得出的最优滚压参数，对产品件被测靶面进行了滚压。

图2 滚压件尺寸示意图

3.3 产品件滚压后表面粗糙度的检测

零件两个被测靶面滚压后，用粗糙度仪检测后，上平面粗糙度值为R0.11，第二个被测靶面粗糙度值为R0.12.，图纸要求至少为R0.4。图3为被测靶面滚压后粗糙度检测图。

图3 被测靶面滚压后粗糙度检测

4 拓展

4.1 最优滚压参数是否适用于其它马氏体不锈钢

因产品件材质为12Cr13,是马氏体不锈钢，为了验证从产品件得出的最优滚压参数是否适用于其它马氏体不锈钢，我们又分别用此滚压参数对0CR13Ni4Mo、1Cr17Ni2、RWA350材质的马氏体不锈钢做了滚压试验件，经过多次试验及表面粗糙度的检测，用此滚压参数滚压的平面表面粗糙度值基本为R0.1～R0.25，可以确定此参数也适用于其它的马氏体不锈钢。

4.2 满足图纸要求的参数区间的确定

通过对试验件的加工及检测，我们得出用最优滚压参数滚压马氏体不锈钢后的平面表面粗糙度为R0.1～R0.25,但有些零件表面粗糙度值到R0.4即可我们针对此情况。在0CR13Ni4Mo、1Cr17Ni2、RWA350材质的实验件上，又验证了滚压参数区间，见表2。其能达到的平面粗糙度值为R0.1～R0.4。

表2 滚压参数区间

5 此方法的局限性

因滚压刀具中的球体与刀体成一定角度（见图1），不同心，所以其对滚压平面有一定的要求。圆形实体件的平面滚压不到中心；环形梯形件上、下平面均能滚压到，而上、下平面之间的平面根部单边将近5mm的范围内滚压不到。

6 结语

综上，通过采购滚压设备及专用滚压刀具，利用我公司现有的数控卧车，通过对产品件平面的滚压及又对几种马氏体不锈钢试验件的滚压试验，我们验证出了滚压马氏体不锈钢环类件的最优滚压参数,以及满足图纸要求的参数区间及各参数所能达到的表面粗糙度要求。这种加工方法可以推广到所有环类平面要求粗糙度较高的零件的加工上。