本发明专利技术涉及一种脉冲磁场强化处理方法及装置，该装置包括放电控制系统、冲头组件、辅助定位装置、驱动机构；冲头组件包括线圈和底座、线圈与底座通过导杆连接，底座与充放电控制系统相连，用于产生脉冲磁场；导杆上线圈在脉冲磁场作用下产生瞬时洛伦兹力冲击主轴颈过渡圆角；夹持组件夹持曲轴，驱动机构在线圈完成一次冲击强化后主动转动一定角度，完成下次强化准备，本发明专利技术利用脉冲磁场直接冲击强化曲轴过渡圆角不会改变金属表层材料，不会降低表面粗糙度，在强化时，不会因压力过大而导致曲轴变形，且强化过程易于控制，在充放电控制系统持续向线圈充放电下，能连续冲击曲轴过渡圆角，效率较高，同时效果较为稳定。同时效果较为稳定。同时效果较为稳定。
【技术实现步骤摘要】
一种脉冲磁场强化处理方法及装置
[0001]本专利技术涉及金属表面强化设备
，特别涉及一种脉冲磁场强化处理方法及装置。
技术介绍
[0002]曲轴生产过程中，其轴颈过渡圆角部位由于存在高温相变－快速冷却过程易使原有组织易受到破坏、冷却不均匀易造成内应力较大、温度控制不当易生成有害相、且变形控制难度大等问题而导致抗疲劳性能下降；为了提高曲轴的疲劳强度，目前多采用表面处理方法强化曲轴轴颈圆角过渡部位，使表层材料产生残余压应力以抵消工作过程中的部分拉应力，进而达到增加曲轴抗疲劳性能的目的；目前，针对曲轴圆角的表面强化技术都能实现残余压应力层的引入，按照强化机理可以分为相变/改性强化和应变强化。
[0003]相变/改性强化是通过材料相变或强化元素引入，生成强度/硬度较高的相组织或硬质颗粒，对曲轴圆角过渡部位强化主要有感应淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等，但该强化工艺需要经历高温相变－快速冷却过程，存在原有组织(如锻造流线组织)易受到破坏、冷却不均匀造成内应力较大、温度控制不当易生成有害相、变形控制难度大等突出问题，虽然表面淬火(如感应、激光、电子束淬火等)有助于改善变形，然而高温－快冷的方式极易造成局部应力集中、工艺控制精度不高等问题。
[0004]应变强化是在室温下通过一定塑性变形实现屈服强度提高，并引入适当的压应力，主要有喷丸强化和滚压强化，高温相变
‑
快速冷却过程使原有组织易受到破坏、冷却不均匀易造成内应力较大、温度控制不当易生成有害相、变形控制难度大的问题及采用喷丸技术存在的效率低，粗糙度增大，滚压强化技术压力过大导致曲轴变形等问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供的一种脉冲磁场强化处理方法及装置，通过充放电控制系统持续向线圈充放电，利用脉冲磁场直接冲击强化曲轴过度圆角，不改变原有组织，没有高温过程，不改变原有粗糙度，不会产生压力导致曲轴变形。
[0006]本专利技术提供的一种脉冲磁场强化处理方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、配置强化装置，在曲轴的一端设置驱动机构，驱动机构用于驱动曲轴转动，且转动中心为待强化轴颈的中心轴，待强化轴颈位置处设置线圈，线圈电连接放电控制系统；
[0008]S2、确定待强化轴颈每次的转动角度θ2，令曲轴转动次数N＝0；
[0009]S3、放电控制系统对线圈放电，线圈对轴颈处进行强化；
[0010]S4、驱动机构驱动待强化轴颈转动角度θ2，令N＝N+1；
[0011]S5、当N<360/θ2时，返回S3继续执行，否则，结束曲轴轴颈的强化。
[0012]优选的，步骤S2中确定曲轴转动角度θ2的方法包括以下步骤：
[0013]S21、根据放电强化过程中功率平衡方程和电压平衡方程，得到线圈电流i；
[0014]S22、根据线圈电流i，计算线圈紧贴强化表面放置时的等效脉冲磁压力P；
[0015]S23、利用单元纯粹径向运动方程和曲轴表面流动应力方程，计算曲轴径向变形深度ω0(t)、变形角度θ1；
[0016]S24、当放电强化一次后，曲轴转动角度θ2为：
[0017][0018]式中，r为曲轴轴颈半径，ω0(t)为曲轴径向变形深度，θ1为变形角度。
[0019]优选的，步骤S21中线圈电流i的计算方法包括以下步骤：
[0020]S211、放电强化过程中功率平衡方程为：
[0021][0022]电压平衡方程为：
[0023][0024]式
②
和式
③
中，Q为电容器存储的电荷，为使回路几何尺寸发生改变的机械功率，t为时间，C为储能电容器电容，L为线圈等效电感值，R为等效电阻，i为线圈电流；
[0025]S212、根据放电强化过程中功率平衡方程和电压平衡方程，得到线圈电流i：
[0026][0027]式中，t为时间，C为储能电容器电容，L为线圈等效电感值，R为等效电阻。
[0028]优选的，步骤S22中等效脉冲磁压力P的计算方法包括以下步骤：
[0029]S221、把线圈紧贴强化表面放置，则等效脉冲磁压力P表示为：
[0030][0031]式中，μ0为真空磁导率，λ为长冈系数，T为线圈单位长度上的匝数，i为线圈电流；
[0032]S222、令得到等效脉冲磁压力P为：
[0033]P＝P0e
‑
2βt
sin2(ωt)
ꢀꢀ⑥
[0034]式中，t为时间，C为储能电容器电容，L为线圈等效电感值，R为等效电阻。
[0035]优选的，步骤S23中曲轴轴颈表面径向位移ω0(t)的计算方法包括以下步骤：
[0036]S231、忽略弯矩，单元纯粹径向运动方程为：
[0037][0038]式中，N
θ
为周向力，σ
θ
为表面应力，γ为曲轴材料密度，r为曲轴轴颈半径，h为强化中变形厚度；
[0039]S232、取曲轴表面流动应力P
y
：
[0040][0041]式中，为σ0的平均值，σ0为等效应力，k＝0.5exp[
‑
l(2D)]，D为曲轴轴颈直径，l为强化表面长度；
[0042]S233、根据单元纯粹径向运动方程和曲轴表面流动应力P
y
得：
[0043][0044]对上式
⑨
进行积分，由初始条件简化计算得：
[0045][0046]式中，t1为放电起始时间，t3为放电停止时间；
[0047]当t＝t1时，由上式
⑩
得：
[0048][0049][0050]S234、根据上式
⑧⑨⑩
简化计算，曲轴表面径向位移ω0(t)为：
[0051][0052]上式中，μ0为真空磁导率，λ为长冈系数，T为线圈单位长度上的匝数，γ为曲轴材料密度，h为强化中变形厚度，U为线圈电压，C为储能电容器电容，R为等效电阻，t为时间。
[0053]优选的，步骤S23中，变形角度θ1为：
[0054][0055]式中，ω0(t)为曲轴径向变形深度，x为表面变形半径。
[0056]一种脉冲磁场强化处理装置，该装置包括：
[0057]冲头组件，所述冲头组件包括底座，底座的一侧设置有导杆，所述导杆的第一端与底座固定连接，第二端设置有线圈，线圈套装固定在导杆的第二端，所述线圈朝向曲轴的待强化轴颈；
[0058]放电控制系统，与线圈电连接，用于为线圈通电。
[0059]优选的，所述底座上设置有辅助定位装置，辅助定位装置包括定位板，定位板上开设有定位槽，所述导杆设置在定位槽内。
[0060]优选的，还包括驱动机构，用于驱动曲轴的待强化轴颈绕待强化轴颈的中心轴转动，所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴与曲轴的待强化连杆轴颈同轴设置，驱动电机的输出端本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种脉冲磁场强化处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、配置强化装置，在曲轴的一端设置驱动机构，驱动机构用于驱动曲轴转动，且转动中心为待强化轴颈的中心轴，待强化轴颈位置处设置线圈(5)，线圈(5)电连接放电控制系统；S2、确定待强化轴颈每次的转动角度θ2，令曲轴转动次数N＝0；S3、放电控制系统对线圈(5)放电，线圈(5)对轴颈处进行强化；S4、驱动机构驱动待强化轴颈转动角度θ2，令N＝N+1；S5、当N<360/θ2时，返回S3继续执行，否则，结束曲轴轴颈的强化。2.如权利要求1所述的脉冲磁场强化处理方法，其特征在于，步骤S2中确定曲轴转动角度θ2的方法包括以下步骤：S21、根据放电强化过程中功率平衡方程和电压平衡方程，得到线圈电流i；S22、根据线圈电流i，计算线圈(5)紧贴强化表面放置时的等效脉冲磁压力P；S23、利用单元纯粹径向运动方程和曲轴表面流动应力方程，计算曲轴径向变形深度ω0(t)、变形角度θ1；S24、当放电强化一次后，曲轴转动角度θ2为：式中，r为曲轴轴颈半径，ω0(t)为曲轴径向变形深度，θ1为变形角度。3.如权利要求2所述的脉冲磁场强化处理方法，其特征在于，步骤S21中线圈电流i的计算方法包括以下步骤：S211、放电强化过程中功率平衡方程为：电压平衡方程为：式
②
和式
③
中，Q为电容器存储的电荷，为使回路几何尺寸发生改变的机械功率，t为时间，C为储能电容器电容，L为线圈等效电感值，R为等效电阻，i为线圈电流；S212、根据放电强化过程中功率平衡方程和电压平衡方程，得到线圈电流i：式中，t为时间，C为储能电容器电容，L为线圈等效电感值，R为等效电阻。4.如权利要求3所述的脉冲磁场强化处理方法，其特征在于，步骤S22中等效脉冲磁压力P的计算方法包括以下步骤：S221、把线圈紧贴强化表面放置，则等效脉冲磁压力P表示为：
式中，μ0为真空磁导率，λ为长冈系数，T为线圈单位长度上的匝数，i为线圈电流；S222、令得到等效脉冲磁压力P为：P＝P0e
‑
2βt
sin2(ωt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ⑥
式中，t为时间，C为储能电容器电容，L为线圈等效电感值，R为等效电阻。5.如权利要求4所述的脉冲磁场强化处理方法，其特征在于，步骤S23中曲轴轴颈表面径向位移ω0(t)的计算方法包括以下步骤：...
【专利技术属性】
技术研发人员：王慧鹏，周林非，江聪，张莉，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：
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