一种大口径金属管材表面强化装置及强化方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大口径金属管材表面强化装置及强化方法，包括底座、设置在底座上的环境箱、设置在底座上的工作滑台、滑动配合在工作滑台上的冲击机构、滑动配合在工作滑台上且用于夹持金属管材的装夹机构以及设置在底座侧面且用于带动金属管材旋转的旋转机构，工作滑台、冲击机构及装夹机构均位于环境箱内；其结构可靠，使用性能好，有效的实现了对金属管材的可靠强化，通过冲击机构、装夹机构及旋转机构之间的配合设置，对大口径金属管材表面进行大塑性变形从而实现表面晶粒细化，从而在管材自身表面产生梯度结构，提高金属管材表面的强化效果。的强化效果。的强化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径金属管材表面强化装置及强化方法


[0001]本专利技术涉及材料加工
，具体涉及一种大口径金属管材表面强化装置及强化方法。

技术介绍

[0002]大口径金属管材是建筑行业必不可少的重要工件，也是工业装备中输送气体、液体的——“血管”类重要零部件。但是在一些应用中，金属管材的强度、韧性往往达不到要求，以及管材表面受到固液介质的冲击等接触，在管材表面造成各种磨损、腐蚀和疲劳等缺陷，从而使管材失效，减少了金属管材的使用寿命。提高大口径金属管材的强度、韧性，以及表面的服役性能一直是研究者关注的热点。
[0003]目前大口径管材一般采用挤压方式成形，但是由于成形过程中由于温度及压力较高，工件的微观组织结构不好控制，往往成形的管材还需要进一步后处理，如表面处理和热处理等。在金属管材表面形成梯度微观组织结构，一方面能够显著提高表面性能(提高硬度，降低磨损，表面造成的压缩应力能够抵抗疲劳)；另一方面能够提高管材的整体性能。
[0004]梯度结构是指材料的结构单元尺寸(如晶粒尺寸或层片厚度)在空间上呈梯度变化，从纳米尺度连续增加到宏观尺度。或者说，材料的一部分由细晶结构组成，一部分由粗晶结构组成，这两部分之间结构单元尺寸呈梯度连续变化。梯度纳米结构的实质是晶界(或其他界面)密度在空间上呈梯度变化，因此对应着许多物理化学性能在空间上的梯度变化。通过对材料表面处理进行表面组织、性能梯度细化是一种显著提高材料强度
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韧性匹配、加工硬化能力及抗疲劳、磨损、腐蚀等各种性能的方法。此外，根据霍尔佩奇公式可知，当晶粒减小时，单位体积晶界越大，晶界对位错的阻碍作用越强，材料的强度越高。
[0005]目前可以实现管材表面细化结构的方法有表面喷涂、表面沉积、自身表面细化等。由于自身表面细化不存在明显的界限，不易发生剥落等特点，因此更具有应用前景。实现表面自身细化的方法都可以归结为剧烈塑性变形法。具体包括表面机械研磨法、喷丸、高压扭转、等通道挤压、表面机械碾磨和表面机械碾压等技术，但是这些技术的设备通常结构复杂，强化效率低，成本高、对强化管材的形状要求苛刻，不适合大口径管材。而且由于大塑性变形过程中由于变形热促使表面晶粒结构长大，从而不易细化晶粒。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种大口径金属管材表面强化装置及强化方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种大口径金属管材表面强化装置，包括底座、设置在底座上的环境箱、设置在底座上的工作滑台、滑动配合在工作滑台上的冲击机构、滑动配合在工作滑台上且用于夹持金属管材的装夹机构以及设置在底座侧面且用于带动金属管材旋转的旋转机构，工作滑台、冲击机构及装夹机构均位于环境箱内；
[0008]冲击机构包括滑动配合在所述工作滑台上的滑动件、设置在滑动件上的固定架以
及设置在固定架内壁四周上的脉冲件，且脉冲件的端头均指向固定架的中心，各个脉冲件的端头之间形成用于金属管材穿过的空腔。
[0009]进一步，固定架包括设置在所述滑动件上的矩形框架、设置在矩形框架内部且与矩形框架连接为一体式结构的菱形支撑架以及设置在所述菱形支撑架内部的圆形支撑架，脉冲件的端部设置在所述菱形支撑架上，脉冲件的端头贯穿所述圆形支撑架并指向圆形支撑架的圆心。
[0010]进一步，菱形支撑架的各个顶点分别设置在矩形框架的各个边的中点位置处。
[0011]进一步，环境箱包括箱体以及设置在箱体内壁上的循环管道，箱体上设置有与循环管道相连通的介质注入口。
[0012]进一步，装夹机构包括滑动配合在工作滑台上的固定座、设置在固定座上的轴承固定架、设置在轴承固定架上且用于装夹金属管材一端的第一装夹组件以及设置在旋转机构上且用于装夹金属管材另一端的第二装夹组件，轴承固定架上设置有轴承。
[0013]进一步，第一装夹组件和第二装夹组件均包括设置在轴承固定架上的装夹盘以及设置在装夹盘内壁上的顶杆，顶杆的装夹端抵接在金属管材的外表面上。
[0014]进一步，旋转机构包括设置在所述底座侧面的固定板、设置在固定板上的驱动件以及设置在驱动件端部的驱动轴，驱动轴的端部伸入至环境箱内部，且第二装夹组件设置在驱动轴的端部。
[0015]本专利技术还提供了一种大口径金属管材表面强化方法，包括以下步骤：
[0016]S1：将大口径金属管道装夹在装夹机构上；
[0017]S2：装夹完成后，通过介质注入口将环境箱内的温度控制在恒定温度值；
[0018]S3：开启驱动件，带动驱动轴和管材共同作匀速转动；
[0019]S4：开启冲击机构，使得冲击机构中的滑动件沿工作滑台做往复运动，同时脉冲件对金属管材表面进行冲击，实现管材表面的大塑性变形。
[0020]进一步，步骤S1中对金属管材进行装夹时，移动固定座带动装夹组件移动至管材的端部，满足不同长度管材的装夹需要。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种大口径金属管材表面强化装置及强化方法，其结构可靠，使用性能好，有效的实现了对金属管材的可靠强化，通过冲击机构、装夹机构及旋转机构之间的配合设置，对大口径金属管材表面进行大塑性变形从而实现表面晶粒细化，从而在管材自身表面产生梯度结构，并且，通过环境箱及环境箱内的循环管道设置形成具有温度调节结构，使得环境箱内的处于低温环境，可以有效地降低加工环境中的温度，避免了变形热对材料晶粒的影响，提高金属管材表面的强化效果。
附图说明
[0022]图1为本专利技术结构示意图；
[0023]图2为本专利技术中冲击机构结构示意图；
[0024]图3为本专利技术中装夹机构结构示意图；
[0025]图1至图3中所示附图标记分别表示为：10
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金属管材，1
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底座，2
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环境箱，3
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工作滑台，4
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冲击机构，5
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装夹机构，6
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旋转机构，40
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滑动件，41
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固定架，42
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脉冲件，410
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矩形框架，411
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菱形支撑架，412
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圆形支撑架，20
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箱体，21
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循环管道，50
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固定座，51
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轴承固定架，
52
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第一装夹组件，53
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第二装夹组件，54
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轴承，520
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装夹盘，521
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顶杆，62
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固定板，60
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驱动件，61
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驱动轴。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0027]如图1至图2所示，一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径金属管材表面强化装置，其特征在于，包括底座(1)、设置在所述底座(1)上的环境箱(2)、设置在所述底座(1)上的工作滑台(3)、滑动配合在所述工作滑台(3)上的冲击机构(4)、滑动配合在所述工作滑台(3)上且用于夹持金属管材(10)的装夹机构(5)以及设置在所述底座(1)侧面且用于带动金属管材(10)旋转的旋转机构(6)，所述工作滑台(3)、冲击机构(4)及装夹机构(5)均位于所述环境箱(2)内；所述冲击机构(4)包括滑动配合在所述工作滑台(3)上的滑动件(40)、设置在所述滑动件(40)上的固定架(41)以及设置在所述固定架(41)内壁四周上的脉冲件(42)，且所述脉冲件(42)的端头均指向固定架(41)的中心，各个所述脉冲件(42)的端头之间形成用于金属管材(10)穿过的空腔。2.根据权利要求1所述的大口径金属管材表面强化装置，其特征在于，所述固定架(41)包括设置在所述滑动件(40)上的矩形框架(410)、设置在所述矩形框架(410)内部且与所述矩形框架(410)连接为一体式结构的菱形支撑架(411)以及设置在所述菱形支撑架(411)内部的圆形支撑架(412)，所述脉冲件(42)的端部设置在所述菱形支撑架(411)上，所述脉冲件(42)的端头贯穿所述圆形支撑架(412)并指向圆形支撑架(412)的圆心。3.根据权利要求2所述的大口径金属管材表面强化装置，其特征在于，所述菱形支撑架(411)的各个顶点分别设置在所述矩形框架(410)的各个边的中点位置处。4.根据权利要求1所述的大口径金属管材表面强化装置，其特征在于，所述环境箱(2)包括箱体(20)以及设置在所述箱体(20)内壁上的循环管道(21)，所述箱体(20)上设置有与所述循环管道(21)相连通的介质注入口(22)。5.根据权利要求1所述的大口径金属管材表面强化装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾智，汪彦江，姬金金，刘德学，魏保林，孙璇，郭廷彪，丁雨田，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：