滚光技术的研究与应用（一）

副箱减速齿轮锥面部分表面粗糙度小于0.4μm，仅用CBN刀片车削锥面虽然可以达到要求的表面质量，但生产成本较高，每刀尖仅能加工15~20件零件。而引入滚光加工的工艺，能够在不引起尺寸变化的前提下降低零部件的表面粗糙度值、提升表面质量，节约加工成本。经批量试验验证，滚光技术可以保证零件质量，切实可行。

工厂轴类零件及盘齿轮类零件经过热处理后，由于个别尺寸及表面质量要求较高，需要进行热处理后加工。现行的加工方法一般是热后磨削，能过获得较高的尺寸精度及表面质量。个别盘类齿轮内孔结构不便于砂轮磨削，采用热后车削加工，这种加工方法虽然效率高，不产生粉尘，但是加工所用的CBN刀片成本较高，且加工效果不稳定，容易造成表面粗糙度超差的情况。所以，急需一种新的工艺手段来改善目前热后车削加工中存在的问题。滚光技术有望解决粗糙度值得超差问题，并通过提高每片CBN刀片的加工数量，降低加工成本。

滚光技术介绍

１. 原理

滚光技术是一种无屑压力光整加工技术，也叫滚压技术。它利用金属在常温状态下的可塑性变形特征，通过滚光刀（或者成为滚压刀、挤光刀、挤压刀）对加工工件表面施加一定压力，使金属表面产生塑性变形，将微观表面的波峰挤压至原始残留的低凹波谷处，达到降低表面粗糙度，提高加工表面质量的目的。

　　图２　车削、磨削及滚光表面轮廓

２. 基本过程

滚光加工时，滚光刀头以一定的压力压在孔壁上，工件做旋转运动，滚光刀沿着工件做轴向进给。

滚光过程可以分解为碾入区、塑性变形区及平滑区，图１所示为宝力士金刚石滚光刀刀头加工示意图。在碾入区域，滚珠和加工面开始接触，慢慢加压，微观不平的波峰、波谷被碾平；在刀头下端最大负载作用后，在平滑区域开始弹性复原，刀头渐渐与加工表面分离。

３. 加工优势

图２所示为车削、磨削、滚光及表面轮廓图。车削以及磨削都是靠切除表面材料来实现尺寸及粗糙度的要求。车削加工后，工件表面会有明显的刀纹，刀纹的大小与刀尖圆弧半径、最后一刀的切深及刀具的进给有关系，将会直接影响加工表面的粗糙度。磨削可以获得很好的表面质量，但加工中存在粉尘污染，且效率相对较低。

　　　　　图４　滚光刀结构

滚光技术具有以下优势：

　　１）滚光加工过程中，不会有料屑产生，能够改善现场工作环境。

２）滚光加工基本不改变工件尺寸，却可以大大提高工件的表面质量，获得镜面效果，使加工面具有卓越的滑动性、密封性及结合性。金属工件在表面滚压加工后，表层得到强化，极限强度和屈服点增大，工件的使用性能、抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有明显的提高。经过滚压后，硬度可提高１５％～３０％，耐磨性提高１５％。

３）滚光刀具应用范围广，可以直接装入车床、加工中心等多种机床，无需液压机组等外围设备，减少初次投入，不占用生产现场空间资源。

滚光技术应用

１. 加工零件

选取盘齿轮零件为例，如图三所示。该零件材料为８６２０Ｈ，热处理为渗碳淬火，热处理后表面硬度达５８～６３ＨＲＣ。锥面粗糙度要求为Ｒａ０.４μｍ，原加工方案采用ＣＢＮ刀片加工，刀尖圆角为Ｒ０.８.加工车床选用斗山ＰＵＭＡ３０５，加工参数为恒线速度２６０ｍ／ｍｉｎ，每转进给量为０.０６ｍｍ／ｒ，切削深度ａｐ约为０.２ｍｍ。一个刀尖加工１５～２０件即超出表面粗糙度要求，生产成本较高。

２. 加工方案

在热处理车削后加入滚光工步，考虑到零件结构的特殊性，定制非标滚光刀具，考虑到滚光刀具的应用具备通用性，调整了金刚石刀头的圆角半径为Ｒ２标准头。

使用的滚光刀结构如图４所示。金刚石刀头连接在杠杆的一端，杠杆的另一端与一弹簧相连（弹簧隐藏在中间刀体中）。当金刚石大头接触到加工表面后，另一端的弹簧被压缩。随着滚光刀压入量的增加，弹簧压缩的距离变长，滚光刀提供的滚压力也随之变大。

在保证刀片加工参数不变的条件下，增加滚光工步，滚光刀所使用切削用量采用推荐最高值，恒线速度为１５０ｍ／ｍｉｎ，每转进给量为０.１５ｍｍ／ｒ。

３. 滚光后的效果验证

通过测量不同压入量零件滚光前后的锥面深度尺寸，得到表１所示的数据。

抽取６件零件，然后车削锥面后，取下测量表面粗糙度；重新装夹，用宝力士滚光刀加工锥面，再测量表面粗糙度，整理数据得到表２。

由表１可见，滚光前后锥面深度尺寸的变化量范围在０.００５～０.０１５ｍｍ之间，并随着压入量的增大而增大。考虑检具的制造公差、锥面深度的尺寸公差以及测量误差，滚光技术应用后，不同压入量对尺寸产生的变化可忽略不计。表２反映了滚光技术对于改善加工表面粗糙度的效果。

由于我们所使用的加工参数为推荐的最高值，在长期的验证中发现滚光刀头寿命短，容易磨损。分析现场加工环境及滚光刀的使用情况后，决定通过改变切削液喷射路径、调整滚压刀及改进切削参数来提升滚光刀的使用效果。