[發(fā)明專利]對金屬工件施加彈性應(yīng)力場并輔助超聲滾壓的表面強化裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110048724.3
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112877521B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王浩偉;李宇罡;陳東;耿繼偉;夏存娟;汪明亮;李險峰;吳一;馬乃恒
• 申請（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: B23P9/02
• 分類號: B23P9/02;C21D7/04;C22F1/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 劉宗磊

本發(fā)明提供了一種對金屬工件施加彈性應(yīng)力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(zhuǎn)輸出軸之間，通過對金屬工件施加彈性應(yīng)力場和超聲滾壓，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，進而提高金屬材料的疲勞性能；此外，采用本申請的技術(shù)方案可以很好的將金屬工件兩端固定，并將兩個主軸箱的相對橫移轉(zhuǎn)換為對金屬工件施加彈性應(yīng)力場。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬表面機械強化領(lǐng)域，具體地說，涉及的是一種對金屬工件施加彈性應(yīng)力場并輔助超聲滾壓的表面強化裝置及方法。

背景技術(shù)

對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，延緩疲勞裂紋擴展，從而提高金屬構(gòu)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(gòu)件表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力場，提高其疲勞性能。超聲滾壓產(chǎn)生的表層殘余壓應(yīng)力場的重要指標(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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種對金屬工件施加彈性應(yīng)力場并輔助超聲滾壓的表面強化裝置，所述金屬工件為圓柱狀工件，在金屬工件軸向的兩端均設(shè)置有第一銷孔，且在金屬工件的一端或者兩端還設(shè)置有第二銷孔，所述表面強化裝置包括：

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(tǒng)，安裝在所述同步運動基座上并位于金屬工件的一側(cè)，同步運動基座用于帶動超聲滾壓系統(tǒng)沿金屬工件軸向做進給運動，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；

彈性應(yīng)力場加載裝置，所述彈性應(yīng)力場加載裝置包括橫移驅(qū)動系統(tǒng)以及固定在兩個夾緊裝置上的套筒夾具，橫移驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動第一主軸箱做遠(yuǎn)離第二主軸箱的水平橫移，對所述金屬工件做拉拔處理，進而對金屬工件施加彈性應(yīng)力場；

金屬工件軸向的兩端固定在兩個套筒夾具相對開設(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，所述限位塊的側(cè)壁徑向插入有限位螺紋銷釘，該限位螺紋銷釘貫穿限位塊并插在所述第二銷孔中。

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

進一步的，橫移驅(qū)動系統(tǒng)配置有一套水平驅(qū)動裝置與第一主軸箱相連，所述水平驅(qū)動裝置包括有液壓驅(qū)動裝置和活塞桿，其中，液壓驅(qū)動裝置上安裝有油壓閥，液壓驅(qū)動裝置通過活塞桿與第一主軸箱相連；

兩個主軸箱均安裝在床身的滑軌上。

進一步的，金屬工件全長范圍內(nèi)同軸度≤0.01；

套筒夾具的內(nèi)孔與金屬工件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；

限位螺紋銷釘與第二銷孔保持間隙配合，最大間隙≤0.05 mm，最小間隙≥0 mm。

進一步的，在套筒夾具以及限位塊側(cè)壁上分別用于插入拉力螺紋銷釘和限位螺紋銷釘?shù)牟蹇變?nèi)固定有螺母，所述拉力螺紋銷釘以及限位螺紋銷釘與所述螺母螺紋配合。