[發明專利]對金屬工件施加多重物理場并輔助超聲滾壓的表面強化裝置及方法

有效

• 申請號: 202110047754.2
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112877519B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 李宇罡;王浩偉;陳東;耿繼偉;夏存娟;汪明亮;李險峰;吳一;馬乃恒
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;安徽相邦復合材料有限公司
• 主分類號: B23P9/02
• 分類號: B23P9/02;C21D7/04;C21D1/04;C21D6/04;C22F1/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 劉宗磊

本發明提供了一種對金屬工件施加多重物理場并輔助超聲滾壓的表面強化裝置及方法，將金屬工件夾持在兩個主軸箱的旋轉輸出軸之間，表面強化裝置用于對金屬工件表面施加超聲滾壓的同時，在金屬工件表面施加包括彈性應力場、脈沖電流場、熱場、脈沖電磁場、深冷場在內的一種或者多種物理場，使金屬材料的表面殘余壓應力水平和峰值殘余壓應力水平更高，殘余壓應力影響層更深，進而提高金屬材料的疲勞性能。

技術領域

本發明涉及金屬表面機械強化領域，具體地說，涉及的是一種對金屬工件施加多重物理場并輔助超聲滾壓的表面強化裝置及方法。

背景技術

對金屬材料疲勞性能產生最重要影響的因素之一是殘余應力。其中，殘余壓應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，延緩疲勞裂紋擴展，從而提高金屬構件疲勞性能。超聲滾壓是一種先進的機械表面強化方法，可在金屬構件表層產生殘余壓應力場，提高其疲勞性能。超聲滾壓產生的表層殘余壓應力場的重要指標包括表面殘余壓應力水平、峰值殘余壓應力水平和殘余壓應力影響層深度。

現有超聲滾壓強化方法存在一定的局限性，所產生的表面殘余壓應力和峰值殘余壓應力水平偏低，殘余壓應力影響層較淺，無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化方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供對金屬工件施加多重物理場并輔助超聲滾壓的表面強化裝置及方法，所述金屬工件為圓柱狀工件，所述表面強化裝置包括：

雙主軸同步旋轉系統，所述雙主軸同步旋轉系統包括對稱布置的兩個主軸箱，以及位于兩個主軸箱之間的同步運動基座，兩個主軸箱的輸出軸通過同步皮帶與同一根可伸縮同步軸相連，在兩根輸出軸相對一端均配置有夾緊裝置；

超聲滾壓系統，安裝在所述同步運動基座上并位于金屬工件的一側，同步運動基座用于帶動超聲滾壓系統沿金屬工件軸向做進給運動，所述超聲滾壓系統包括有一可徑向靠近/遠離所述金屬工件的超聲滾壓頭；

物理場加載系統，由第一物理場加載裝置、第二物理場加載裝置和第三物理場加載裝置的一種或多種組合而成；

其中，所述第一物理場加載裝置包括有橫移驅動系統，橫移驅動系統驅動第一主軸箱做遠離第二主軸箱的水平橫移對所述金屬工件按設定的應力水平做拉拔處理，進而對金屬工件施加彈性應力場，

在其中一主軸箱上安裝有第二基座和/或在所述雙主軸同步旋轉系統的另一側并且位于兩個主軸箱中間安裝有第三基座，第二、第三物理場加載裝置分別安裝在第二、第三基座上，或者，第二、第三物理場加載裝置共同安裝在第二基座或者第三基座上，第二物理場加載裝置用于對金屬工件施加包括脈沖電流場、熱場、脈沖電磁場在內的一種或者多種物理場，第三物理場加載裝置用于對金屬工件施加深冷場。

進一步的，在第一主軸箱上固定有一用于驅動所述可伸縮同步軸轉動的主軸伺服電機；

第二基座安裝在同步運動基座上與超聲滾壓系統相對的另一側；

第三基座安裝在第二主軸箱上。

進一步的，兩個主軸箱均安裝在床身的滑軌上；

橫移驅動系統配置有一套水平驅動裝置與第一主軸箱相連，所述水平驅動裝置包括有液壓驅動裝置和活塞桿，其中，液壓驅動裝置上安裝有油壓閥，液壓驅動裝置通過活塞桿與第一主軸箱相連。

進一步的，第二物理場加載裝置和/或第三物理場加載裝置安裝在第二基座或第三基座上的位置可調。

進一步的，所述超聲滾壓頭沿所述金屬工件徑向方向靠近/遠離所述金屬工件。

一種利用上述所述表面強化裝置對金屬工件進行表面強化的方法，包括如下步驟：

S1、將金屬工件的兩端固定在同軸的兩個夾緊裝置之間；