基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于电磁感应加热和急速冷却的金属加工件表面残余应力的优化方法及装置，其属于机械加工领域。本发明专利技术通过电磁感应加热的方式，对零件进行缓慢加热，使得零件内部的温度分布较为均匀，不至于由于温度梯度过大而造成局部材料的塑性变形，在将零件缓慢加热到一定的温度后，通过液氮对零件的外表面进行急速冷却，使得外层材料受冷急剧收缩，同时受到内层材料的阻碍作用而产生拉应力，使得外层材料发生拉伸塑性变形，从而使得体积变大，将零件持续冷却至常温，最终由于表面材料的变大而受到内层材料的压缩作用，最终使得外表层材料形成残余压应力，从而提高零件的疲劳寿命和耐腐蚀等诸多方面的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法及装置
：本专利技术涉及一种基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法及装置，其属于机械工程领域。
技术介绍
：伴随着工业领域的飞速发展，其对机械加工件的加工质量和加工件的可靠性要求也越来越高。对于金属加工件，其表面残余应力的分布会严重影响到零件的疲劳寿命，耐腐蚀性以及抗裂纹等诸多方面的性能，如何能使得金属加工件表面的残余应力的分布进行有效优化从而使得其诸多方面的性能得到的提高，是制造业和相关科研人员一直在努力解决的问题。传统的方法主要包括加工过程中进行优化和后续优化两个方面，其中加工过程中的优化主要考虑优化加工参数，如改变切削参数，采用要求严格的冷却剂以及特定的刀具等，相应的优化过程难以同时兼顾加工效率和加工表面质量(如粗糙度等)，不仅如此，过于苛刻的冷却剂会大大提高相应的制造成本；后续优化主是在前期的制造完成后为了优化相应的应力分布而附加的优化工序，主要有喷丸、超声冲击、渗氮、渗碳等，虽然喷丸和超声冲击方法可以显著改善零件表面的残余应力分布，可以获得较大的残余压应力，但是相应的处理会对零件表面粗糙度产生严重的影响，其往往并不适合于高精度场合，而渗氮、渗碳处理往往对表面残余应力的改善效果不明显，有点时候可以说是微乎其微，甚至会对环境产生污染，而目前的超声振动时效处理可以大大降低零件内部的残余压应力，但是其完全无法形成较大的残余压应力分布，可以说其优化效果非常有限，只能降低有害的应力，而无法形成有利的应力。传统的金属件在制造加工过程中由于诸多因素的共同作用，往往会在零件表面形成残余拉应力，对零件的疲劳寿命和耐腐蚀性都会产生重要的负面影响。对于已加工金属件，目前需要一个低成本、高效、无污染且不会对零件的表面精度产生负面影响的优化方法，目前的
中并未见有相应的解决方案。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法及装置，实现了金属加工件表面残余应力的低成本、高效、无污染且不会对零件的表面精度产生负面影响的优化方法本专利技术采用如下技术方案：一种基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法，其特征在于：对于金属件的加热过程，其包括如下步骤：步骤S1、根据不同的金属工件具体材料和需要达到的优化效果，确定不同的电磁感应加热最终温度和冷却剂；步骤S2、将零件置入感应线圈中，在加热前先打开保护气体；步骤S3、根据所设定的加热最高温度进行分阶段加热，待金属工件内外均匀达到第个阶段的温度后，再增大电磁感应器的功率，将金属工件均匀加热到第二个阶段的温度；步骤S4、重复以上步骤S1-步骤S3，最终使得金属工件的内外温度趋于一致并达到指定的最终的温度值；步骤S5、将金属工件迅速放入流动中的冷却剂中，将金属工件急速冷；步骤S6、待金属工件完全冷却后，取出零件，至此，零件表面应力优化完毕。所述步骤S1中电磁感应装置配备相应的聚能器。从而起到节约能耗的效果。所述步骤S2中使用二氧化碳作为保护气体，在加热过程中将金属工件与氧气隔离。所述步骤S3中对金属工件进行分阶段加热，从而避免了加热过程中由于温度分布不均匀而造成的热应力过大，造成零件局部发生塑性变形。所述步骤S4中零件的最终加热温度需要根据不同的金属件的材料和所需要优化残余应力的程度进行确定，确保该方法优化的有效性。所述步骤S5中冷却剂是流动的，而不是静止的，其避免了局部的冷却剂的温度升高对急速冷却效果产生影响，冷却剂可以选择水溶液，或者液氮、液态二氧化碳等，具体根据零件材料和优化要求而定。一种基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化装置，包括螺旋管、容器内滤网4和容器内搅拌叶片5，所述螺旋管的一端为保护气体进气口1，螺旋管内测设有多个保护气体出气口2，螺旋管至于容器内滤网4内，容器内滤网4下方设有容器内搅拌叶片5。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、该基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法中，保护气体的气嘴固定在感应线圈上，且呈现较为紧密的排布，不仅对零件起到保护作用，同时也对感应线圈起到相应的保护作用，防止其发生过热氧化。2、该基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化装置中，设备简单，成本较低，更不会产生任何的污染物，具有很强的环保性。3、该基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法中，摒弃传统的通过机械力作用优化表面残余应力的思维方式，通过温度作用，使得零件表面发生不均匀的塑性变形，从而使得表面残余应力产生优化效果，操作简单，优化效果好，且不会对零件的表面精度、粗糙度产生任何影响，消除了传统的喷丸、超声冲击等处理方法的弊端，特别适用于精度要求较高的场合。附图说明：图1为本专利技术的感应线圈示意图。图2为本专利技术的感应线圈给零件加热示意图。图3为本专利技术的盛放冷却剂容器正视结构示意图。图4为本专利技术的盛放冷却剂容器俯视结构示意图。图5本专利技术的优化之前的应力分布示意图。图6本专利技术的优化之后的应力分布示意图。图7本专利技术的优化之前的应力分布剖视示意图。图8本专利技术的优化之后的应力分布剖视示意图。图9本专利技术的路径位置示意图示意图。图10本专利技术的优化前后的表面应力分布对比示意图。其中：1-保护气体进气口，2-保护气体出气口，3-金属工件，4-容器内滤网，5-容器内搅拌叶片。具体实施方式：下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图1至图10。实施例1一种基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法，其优化过程包括如下步骤：S1、根据不同的金属件具体材料和需要达到的优化效果，确定不同的电磁感应加热最终温度和冷却剂；S2、将零件置入感应线圈中，在加热前先打开保护气体；S3、根据所设定的加热最高温度进行分阶段加热，带零件内外均匀达到一个阶段的温度后，再增大电磁感应器的功率，将零件均匀加热到下一个阶段的温度；S4、重复以上步骤，最终使得零件的内外温度趋于一致并达到指定的最终的温度值；S5、将零件迅速放入流动中的冷却剂中，将零件急速冷却；S6、待零件完全冷却后，取出零件，至此，零件表面应力优化完毕。作为优选，步骤S2中的感应线圈选择空心，及感应线圈同时作为保护气体传递管；作为优选，步骤S2中的保护气体的出气口均匀分布在四个方向，且呈现较为紧密的排布；作为优选，步骤S2中的保护气体选取二氧化碳；作为优选，步骤S3中的每个阶段的加热时间，尺寸较小的零件可以短一些，尺寸较大较厚的零件的加热时间需要适当的增大，以保证零件内部也能加热均匀；作为优选，步骤S5中，为避免零件与氧气接触，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法，其特征在于：对于金属件的加热过程，其包括如下步骤：/n步骤S1、根据不同的金属工件具体材料和需要达到的优化效果，确定不同的电磁感应加热最终温度和冷却剂；/n步骤S2、将零件置入感应线圈中，在加热前先打开保护气体；/n步骤S3、根据所设定的加热最高温度进行分阶段加热，待金属工件内外均匀达到第个阶段的温度后，再增大电磁感应器的功率，将金属工件均匀加热到第二个阶段的温度；/n步骤S4、重复以上步骤S1-步骤S3，最终使得金属工件的内外温度趋于一致并达到指定的最终的温度值；/n步骤S5、将金属工件迅速放入流动中的冷却剂中，将金属工件急速冷；/n步骤S6、待金属工件完全冷却后，取出零件，至此，零件表面应力优化完毕。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法，其特征在于：对于金属件的加热过程，其包括如下步骤：
步骤S1、根据不同的金属工件具体材料和需要达到的优化效果，确定不同的电磁感应加热最终温度和冷却剂；
步骤S2、将零件置入感应线圈中，在加热前先打开保护气体；
步骤S3、根据所设定的加热最高温度进行分阶段加热，待金属工件内外均匀达到第个阶段的温度后，再增大电磁感应器的功率，将金属工件均匀加热到第二个阶段的温度；
步骤S4、重复以上步骤S1-步骤S3，最终使得金属工件的内外温度趋于一致并达到指定的最终的温度值；
步骤S5、将金属工件迅速放入流动中的冷却剂中，将金属工件急速冷；
步骤S6、待金属工件完全冷却后，取出零件，至此，零件表面应力优化完毕。


2.根据权利要求1的所述的基于电磁感应加热和表面急速冷却的金属件表面残余应力优化方法，其特征在于所述步骤S1中电磁感应装置配备相应的聚能器。


3.根据权利要求1的所述的基于电磁感应加热和表面急速冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟龙晖，方成刚，张浩，洪荣晶，黄筱调，王华，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京工大数控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32