[發(fā)明專利]對(duì)金屬工件施加熱場(chǎng)并輔助超聲滾壓的表面強(qiáng)化裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110047728.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112877517B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宇罡;王浩偉;陳東;耿繼偉;夏存娟;汪明亮;李險(xiǎn)峰;吳一;馬乃恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);安徽相邦復(fù)合材料有限公司
• 主分類號(hào): B23P9/02
• 分類號(hào): B23P9/02;C21D7/04;C21D1/42;C21D11/00;C22F1/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 劉宗磊

本發(fā)明提供了一種對(duì)金屬工件施加熱場(chǎng)并輔助超聲滾壓的表面強(qiáng)化裝置及方法，將金屬工件夾持在兩個(gè)主軸箱的旋轉(zhuǎn)輸出軸之間，表面強(qiáng)化裝置用于對(duì)金屬工件表面施加超聲滾壓的同時(shí)，對(duì)金屬工件加熱以施加熱場(chǎng)，使金屬材料的表面殘余壓應(yīng)力水平和峰值殘余壓應(yīng)力水平更高，殘余壓應(yīng)力影響層更深，進(jìn)而提高金屬材料的疲勞性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬表面機(jī)械強(qiáng)化領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及的是一種對(duì)金屬工件施加熱場(chǎng)并輔助超聲滾壓的表面強(qiáng)化裝置及方法。

背景技術(shù)

對(duì)金屬材料疲勞性能產(chǎn)生最重要影響的因素之一是殘余應(yīng)力。其中，殘余壓應(yīng)力可以部分甚至全部抵消拉伸外載，閉合微裂紋，抑制疲勞裂紋源形成，延緩疲勞裂紋擴(kuò)展，從而提高金屬構(gòu)件疲勞性能。超聲滾壓是一種先進(jìn)的機(jī)械表面強(qiáng)化方法，可在金屬構(gòu)件表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，提高其疲勞性能。超聲滾壓產(chǎn)生的表層殘余壓應(yīng)力場(chǎng)的重要指標(biāo)包括表面殘余壓應(yīng)力水平、峰值殘余壓應(yīng)力水平和殘余壓應(yīng)力影響層深度。

現(xiàn)有超聲滾壓強(qiáng)化方法存在一定的局限性，所產(chǎn)生的表面殘余壓應(yīng)力和峰值殘余壓應(yīng)力水平偏低，殘余壓應(yīng)力影響層較淺，無(wú)法最大限度提升金屬材料的疲勞性能，因而需要尋求更完善的超聲滾壓表面強(qiáng)化方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種對(duì)金屬工件施加熱場(chǎng)并輔助超聲滾壓的表面強(qiáng)化裝置及方法，所述金屬工件為圓柱狀工件，所述表面強(qiáng)化裝置包括：

雙主軸同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述雙主軸同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括對(duì)稱布置的兩個(gè)主軸箱，以及位于兩個(gè)主軸箱之間的同步運(yùn)動(dòng)基座，兩個(gè)主軸箱的輸出軸通過(guò)同步皮帶與同一根可伸縮同步軸相連，在兩根輸出軸相對(duì)一端均配置有夾緊裝置，金屬工件固定在兩夾緊裝置之間；

超聲滾壓系統(tǒng)，安裝在所述同步運(yùn)動(dòng)基座上并位于金屬工件的一側(cè)，同步運(yùn)動(dòng)基座用于帶動(dòng)超聲滾壓系統(tǒng)沿金屬工件軸向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所述超聲滾壓系統(tǒng)包括有一可徑向靠近/遠(yuǎn)離所述金屬工件的超聲滾壓頭；

熱場(chǎng)加載裝置，所述熱場(chǎng)加載裝置設(shè)有位于超聲滾壓頭兩側(cè)的對(duì)金屬工件中間部位加熱的加熱器，加熱器與反饋調(diào)節(jié)控制器相連，所述反饋調(diào)節(jié)控制器用于實(shí)時(shí)控制所述加熱器的加熱功率使加熱部位升溫后維持在指定溫度。

進(jìn)一步的，在第一主軸箱上固定有一用于驅(qū)動(dòng)所述可伸縮同步軸轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸伺服電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述表面強(qiáng)化裝置還包括：用于驅(qū)動(dòng)第一主軸箱做遠(yuǎn)離第二主軸箱水平橫移的橫移驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，橫移驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置有一套水平驅(qū)動(dòng)裝置與第一主軸箱相連，所述水平驅(qū)動(dòng)裝置包括有液壓驅(qū)動(dòng)裝置和活塞桿，其中，液壓驅(qū)動(dòng)裝置上安裝有油壓閥，液壓驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)活塞桿與第一主軸箱相連；

兩個(gè)主軸箱均安裝在床身的滑軌上。

進(jìn)一步的，在第二主軸箱上安裝有第三基座；

所述加熱器為設(shè)置在超聲滾壓頭兩側(cè)并卷繞在金屬工件外圈的兩組加熱線圈繞組，所述加熱線圈繞組與金屬工件外徑之間有不大于工件直徑的間隙以不影響金屬工件的轉(zhuǎn)動(dòng)并加熱金屬工件，串聯(lián)的兩組加熱線圈繞組與反饋調(diào)節(jié)控制器通過(guò)導(dǎo)線電連接，加熱線圈繞組與反饋調(diào)節(jié)控制器通過(guò)支架安裝在第三基座上。

進(jìn)一步的，所述熱場(chǎng)加載裝置還包括與反饋調(diào)節(jié)控制器相連的溫度監(jiān)測(cè)器，用于監(jiān)測(cè)金屬工件受熱后的表面溫度并反饋至所述反饋調(diào)節(jié)控制器。

進(jìn)一步的，所述超聲滾壓頭沿所述金屬工件徑向方向靠近/遠(yuǎn)離所述金屬工件。

一種利用上述強(qiáng)化裝置對(duì)金屬工件進(jìn)行表面強(qiáng)化的方法，包括如下步驟：

S1、將金屬工件穿過(guò)加熱器的兩組加熱線圈繞組，并將其軸向的兩端固定在同軸的兩個(gè)夾緊裝置之間；

S2、啟動(dòng)熱場(chǎng)加載裝置，對(duì)金屬工件的中間部位進(jìn)行加熱至指定溫度后維持該溫度；