[發(fā)明專利]對(duì)金屬工件施加彈性應(yīng)力場(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>: 202110048724.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112877521B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王浩偉;李宇罡;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;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

1.一種對(duì)金屬工件施加彈性應(yīng)力場(chǎng)并輔助超聲滾壓的表面強(qiáng)化裝置，所述金屬工件（3-a）為圓柱狀工件，其特征在于，在金屬工件（3-a）軸向的兩端均設(shè)置有第一銷孔，且在金屬工件（3-a）的一端或者兩端還設(shè)置有第二銷孔，所述表面強(qiáng)化裝置包括：

雙主軸同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)（1），所述雙主軸同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)（1）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（1-11），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（1-7）相連，在兩根輸出軸相對(duì)一端均配置有夾緊裝置；

超聲滾壓系統(tǒng)（2），安裝在所述同步運(yùn)動(dòng)基座（1-11）上并位于金屬工件（3-a）的一側(cè)，同步運(yùn)動(dòng)基座（1-11）用于帶動(dòng)超聲滾壓系統(tǒng)（2）沿金屬工件（3-a）軸向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所述超聲滾壓系統(tǒng)（2）包括有一可徑向靠近/遠(yuǎn)離所述金屬工件（3-a）的超聲滾壓頭；

彈性應(yīng)力場(chǎng)加載裝置，所述彈性應(yīng)力場(chǎng)加載裝置（501）包括橫移驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（4）以及固定在兩個(gè)夾緊裝置上的套筒夾具，橫移驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（4）驅(qū)動(dòng)第一主軸箱（1-1）做遠(yuǎn)離第二主軸箱（1-2）的水平橫移，對(duì)所述金屬工件（3-a）做拉拔處理，進(jìn)而對(duì)金屬工件（3-a）施加彈性應(yīng)力場(chǎng)，所述超聲滾壓頭沿金屬工件（3-a）軸向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)旋轉(zhuǎn)的金屬工件（3-a）進(jìn)行彈性應(yīng)力場(chǎng)輔助下的超聲滾壓表面強(qiáng)化，進(jìn)而在金屬工件內(nèi)引發(fā)彈性應(yīng)力疊加和合力-合力矩再平衡，從而進(jìn)一步提高由超聲滾壓所產(chǎn)生的表層殘余壓應(yīng)力的水平和層深；

金屬工件（3-a）軸向的兩端固定在兩個(gè)套筒夾具相對(duì)開(kāi)設(shè)的安裝孔內(nèi)，在各所述套筒夾具上徑向插入有拉力螺紋銷釘，所述拉力螺紋銷釘貫穿套筒夾具側(cè)壁并插在所述第一銷孔中，至少一個(gè)套筒夾具設(shè)置有豁口并且在豁口安裝有可拆卸的限位塊（501a-a-3），所述限位塊（501a-a-3）的側(cè)壁徑向插入有限位螺紋銷釘（501a-a-6），該限位螺紋銷釘（501a-a-6）貫穿限位塊（501a-a-3）并插在所述第二銷孔中。

2.如權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，在第一主軸箱（1-1）上固定有一用于驅(qū)動(dòng)所述可伸縮同步軸（1-7）轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸伺服電機(jī)（1-5）。

3.如權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，橫移驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（4）配置有一套水平驅(qū)動(dòng)裝置與第一主軸箱（1-1）相連，所述水平驅(qū)動(dòng)裝置包括有液壓驅(qū)動(dòng)裝置（4-1）和活塞桿（4-2），其中，液壓驅(qū)動(dòng)裝置（4-1）上安裝有油壓閥，液壓驅(qū)動(dòng)裝置（4-1）通過(guò)活塞桿（4-2）與第一主軸箱（1-1）相連；

兩個(gè)主軸箱均安裝在床身（1-10）的滑軌上。

4.如權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，金屬工件（3-a）全長(zhǎng)范圍內(nèi)同軸度≤0.01；

套筒夾具的內(nèi)孔與金屬工件（3-a）兩端外徑保持間隙配合，最大間隙≤0.05 mm，最小間隙≥0 mm；

拉力螺紋銷釘與第一銷孔保持間隙配合，最大間隙≤0.05 mm，最小間隙≥0 mm；

限位螺紋銷釘（501a-a-6）與第二銷孔保持間隙配合，最大間隙≤0.05 mm，最小間隙≥0 mm。

5.如權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，在套筒夾具以及限位塊（501a-a-3）側(cè)壁上分別用于插入拉力螺紋銷釘和限位螺紋銷釘（501a-a-6）的插孔內(nèi)固定有螺母，所述拉力螺紋銷釘以及限位螺紋銷釘（501a-a-6）與所述螺母螺紋配合。

6.如權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，豁口兩側(cè)開(kāi)口設(shè)置有軸向的滑槽，限位塊（501a-a-3）的兩側(cè)設(shè)置有滑動(dòng)設(shè)于所述滑槽中的翼板，所述翼板與所述限位塊（501a-a-3）一體成型。

7.如權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，夾緊裝置為爪盤(pán)，

套筒夾具呈“T”型，遠(yuǎn)離工件（3-a）的一端面設(shè)置有固定在所述爪盤(pán)中心孔內(nèi)的凸臺(tái)。

8.如權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述超聲滾壓頭沿所述金屬工件（3-a）徑向方向靠近/遠(yuǎn)離所述金屬工件（3-a）。