对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法，将金属工件夹持在两个主轴箱的旋转输出轴之间，表面强化装置用于对金属工件表面施加超声滚压的同时，施加弹性应力场于金属工件，使金属材料的表面残余压应力水平和峰值残余压应力水平更高，残余压应力影响层更深，进而提高金属材料的疲劳性能。属材料的疲劳性能。属材料的疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法


[0001]本专利技术涉及金属表面机械强化领域，具体地说，涉及的是对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法。

技术介绍

[0002]对金属材料疲劳性能产生最重要影响的因素之一是残余应力。其中，残余压应力可以部分甚至全部抵消拉伸外载，闭合微裂纹，抑制疲劳裂纹源形成，延缓疲劳裂纹扩展，从而提高金属构件疲劳性能。超声滚压是一种先进的机械表面强化方法，可在金属构件表层产生残余压应力场，提高其疲劳性能。超声滚压产生的表层残余压应力场的重要指标包括表面残余压应力水平、峰值残余压应力水平和残余压应力影响层深度。
[0003]现有超声滚压强化方法存在一定的局限性，所产生的表面残余压应力和峰值残余压应力水平偏低，残余压应力影响层较浅，无法最大限度提升金属材料的疲劳性能，因而需要寻求更完善的超声滚压表面强化方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置，所述金属工件为圆柱状工件，所述表面强化装置包括：
[0005]双主轴同步旋转系统，所述双主轴同步旋转系统包括对称布置的两个主轴箱，以及位于两个主轴箱之间的同步运动基座，两个主轴箱的输出轴通过同步皮带与同一根可伸缩同步轴相连，在两根输出轴相对一端均配置有夹紧装置；
[0006]超声滚压系统，安装在所述同步运动基座上并位于金属工件的一侧，同步运动基座用于带动超声滚压系统沿金属工件轴向做进给运动，所述超声滚压系统包括有一可径向靠近/远离所述金属工件的超声滚压头；
[0007]弹性应力场加载装置，包括横移驱动系统以及固定在两个夹紧装置上的环状夹具，两个所述环状夹具相对的一端设有安装孔，金属工件轴向的两端固定在两个环状夹具的安装孔内，横移驱动系统驱动第一主轴箱做远离第二主轴箱的水平横移，对所述金属工件按设定的应力水平做拉拔处理，进而对金属工件施加弹性应力场。
[0008]进一步的，在第一主轴箱上固定有一用于驱动所述可伸缩同步轴转动的主轴伺服电机。
[0009]进一步的，横移驱动系统配置有一套水平驱动装置与第一主轴箱相连，所述水平驱动装置包括有液压驱动装置和活塞杆，其中，液压驱动装置上安装有油压阀，液压驱动装置通过活塞杆与第一主轴箱相连；
[0010]两个主轴箱均安装在床身的滑轨上。
[0011]进一步的，所述金属工件轴向的两端通过螺纹或卡扣固定在所述环状夹具的安装孔内。
[0012]进一步的，夹紧装置为爪盘，
[0013]环状夹具为截面呈“T”型的套筒，前端设置有所述安装孔，后端设置有固定在所述爪盘中心孔内的凸台。
[0014]进一步的，所述超声滚压头沿所述金属工件径向方向靠近/远离所述金属工件。
[0015]一种利用上述装置对金属工件进行表面强化的方法，包括如下步骤：
[0016]S1、在两个夹紧装置上分别固定好环状夹具，并将金属工件轴向的两端固定在两个固定环状夹具之间；
[0017]S2、利用横移驱动系统带动第一主轴箱做远离第二主轴箱的水平横移，以由两个环状夹具对中间的金属工件按设定的应力水平做拉拔处理，进而对金属工件施加弹性应力场；
[0018]S3、启动双主轴同步旋转系统，两个夹紧装置同步转动，带动金属工件按设定转速和转向旋转，同步运动基座运行带动超声滚压系统按设定进给速度和方向沿金属工件轴向进给运动；
[0019]S4、启动超声滚压系统，超声滚压系统的超声滚压头径向靠近金属工件，并继续沿金属工件轴向做进给运动，对旋转的金属工件进行弹性应力场辅助下的超声滚压表面强化；
[0020]S5、超声滚压结束后，关闭双主轴同步旋转系统，停止金属工件的旋转以及停止超声滚压系统的进给运动，然后超声滚压头径向远离金属工件；
[0021]S6、关闭横移驱动系统，使金属工件发生弹性回复；
[0022]S7、松开两个夹紧装置，取下金属工件。
[0023]进一步的，在步骤S2中，根据金属工件的横截面积和横移驱动系统活塞杆在液压缸内部的横截面积以及预设弹性应力大小，计算所需油压；
[0024]施加的弹性应力场强度不超过金属工件所用材料的单轴拉伸比例极限值。
[0025]在一些实施例中，将金属工件夹持在两个主轴箱的旋转输出轴之间，强化装置用于对金属工件表面施加超声滚压的同时，施加弹性应力场至金属工件，使金属材料的表面残余压应力水平和峰值残余压应力水平更高，残余压应力影响层更深，进而提高金属材料的疲劳性能。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1a示出了一种对金属工件施加多重物理场并辅助超声滚压的表面强化装置的示意图；
[0028]图1b示出了一种基于图1a装置对金属工件进行表面强化的方法流程图；
[0029]图2a示出了一种对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的装置的示意图；
[0030]图2b示出了一种基于图2a装置对金属工件进行表面强化的方法流程图；
[0031]图2c示出了两个主轴箱上安装的环状夹具将金属工件的两端夹持固定的示意图；
[0032]图3a示出了一种对金属工件施加脉冲电流场并辅助超声滚压的装置的示意图；
[0033]图3b示出了一种基于图3a装置对金属工件进行表面强化的方法流程图；
[0034]图3c示出了一种脉冲电流场加载装置及超声滚压系统的示意图；
[0035]图4a示出了一种对金属工件施加热场并辅助超声滚压的强化装置的示意图；
[0036]图4b示出了一种基于图4a装置对金属工件进行表面强化的方法流程图；
[0037]图4c示出了一种热场加载装置及超声滚压系统的示意图；
[0038]图5a示出了一种对金属工件施加脉冲电磁场并辅助超声滚压的装置的示意图；
[0039]图5b示出了一种基于图5a装置对金属工件进行表面强化的方法流程图；
[0040]图5c示出了一种脉冲电磁场加载装置及超声滚压系统的示意图；
[0041]图6a示出了一种对金属工件施加深冷场并辅助超声滚压的装置的示意图；
[0042]图6b示出了一种基于图6a装置对金属工件进行表面强化的方法流程图；
[0043]图6c示出了一种深冷场加载装置及超声滚压系统的示意图；
[0044]图7a示出了一种对金属工件施加弹性应力场和脉冲电流场并辅助超声滚压的装置的示意图；
[0045]图7b示出了一种基于图7a装置对金属工件进行表面强化的方法流程图；
[0046]图7c示出了一种用于夹持金属夹具的环状夹具以及脉冲电流场加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置，所述金属工件(3)为圆柱状工件，其特征在于，所述表面强化装置包括：双主轴同步旋转系统(1)，所述双主轴同步旋转系统(1)包括对称布置的两个主轴箱，以及位于两个主轴箱之间的同步运动基座(1
‑
11)，两个主轴箱的输出轴通过同步皮带与同一根可伸缩同步轴(1
‑
7)相连，在两根输出轴相对一端均配置有夹紧装置；超声滚压系统(2)，安装在所述同步运动基座(1
‑
11)上并位于金属工件(3)的一侧，同步运动基座(1
‑
11)用于带动超声滚压系统(2)沿金属工件(3)轴向做进给运动，所述超声滚压系统(2)包括有一可径向靠近/远离所述金属工件(3)的超声滚压头；弹性应力场加载装置(501a)，包括横移驱动系统(4)以及固定在两个夹紧装置上的环状夹具，两个所述环状夹具相对的一端设有安装孔，金属工件(3)轴向的两端固定在两个环状夹具的安装孔内，横移驱动系统(4)驱动第一主轴箱(1
‑
1)做远离第二主轴箱(1
‑
2)的水平横移，对所述金属工件(3)按设定的应力水平做拉拔处理，进而对金属工件(3)施加弹性应力场。2.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，在第一主轴箱(1
‑
1)上固定有一用于驱动所述可伸缩同步轴(1
‑
7)转动的主轴伺服电机(1
‑
5)。3.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，横移驱动系统(4)配置有一套水平驱动装置与第一主轴箱(1
‑
1)相连，所述水平驱动装置包括有液压驱动装置(4
‑
1)和活塞杆(4
‑
2)，其中，液压驱动装置(4
‑
1)上安装有油压阀，液压驱动装置(4
‑
1)通过活塞杆(4
‑
2)与第一主轴箱(1
‑
1)相连；两个主轴箱均安装在床身(1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇罡，王浩伟，陈东，耿继伟，夏存娟，汪明亮，李险峰，吴一，马乃恒，
申请(专利权)人：安徽相邦复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：