[發(fā)明專利]對(duì)金屬工件施加彈性應(yīng)力場(chǎng)和熱場(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>: 202110048765.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN112877525B
• 公開（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;C21D1/04;C21D11/00;C21D1/10;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)和熱場(chǎng)并輔助超聲滾壓的表面強(qiáng)化裝置，所述金屬工件(3)為圓柱狀工件，其特征在于，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，金屬工件(3)固定在兩夾緊裝置之間；

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)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)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)的超聲滾壓頭；

彈性應(yīng)力場(chǎng)加載裝置，包括橫移驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)以及固定在兩個(gè)夾緊裝置上的環(huán)狀?yuàn)A具，兩個(gè)所述環(huán)狀?yuàn)A具相對(duì)的一端設(shè)有安裝孔，金屬工件(3)軸向的兩端固定在兩個(gè)環(huán)狀?yuàn)A具的安裝孔內(nèi)，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)按設(shè)定的應(yīng)力水平做拉拔處理，進(jìn)而對(duì)金屬工件(3)施加彈性應(yīng)力場(chǎng)；

熱場(chǎng)加載裝置(502b)，所述熱場(chǎng)加載裝置(502b)設(shè)有位于超聲滾壓頭兩側(cè)的對(duì)金屬工件(3)中間部位加熱的加熱器(502b-4)，加熱器(502b-4)與反饋調(diào)節(jié)控制器(502b-3)相連，所述反饋調(diào)節(jié)控制器(502b-3)用于實(shí)時(shí)控制所述加熱器(502b-4)的加熱功率使加熱部位升溫后維持在指定溫度，所述加熱器(502b-4)為設(shè)置在超聲滾壓頭兩側(cè)并卷繞在金屬工件(3)外圈的兩組加熱線圈繞組，所述加熱線圈繞組與金屬工件(3)外徑之間有不大于工件直徑的間隙以不影響金屬工件(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)并加熱金屬工件(3)，

在超聲滾壓步驟前由所述熱場(chǎng)加載裝置(502b)施加熱場(chǎng)，金屬工件(3)中間部位的加熱溫度不超過金屬工件(3)所用材料的第二相析出溫度。

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，在第二主軸箱(1-2)上安裝有第三基座(1-14)；

串聯(lián)的兩組加熱線圈繞組與反饋調(diào)節(jié)控制器(502b-3)電連接，加熱線圈繞組與反饋調(diào)節(jié)控制器(502b-3)通過支架安裝在第三基座(1-14)上；

所述反饋調(diào)節(jié)控制器(502b-3)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的金屬工件(3)加熱部位的溫度來實(shí)時(shí)控制所述加熱器(502b-4)的加熱功率使加熱部位升溫后維持在指定溫度。

5.如權(quán)利要求4所述的表面強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述熱場(chǎng)加載裝置(502b)還包括與反饋調(diào)節(jié)控制器(502b-3)相連的溫度監(jiān)測(cè)器(502b-5)，用于監(jiān)測(cè)金屬工件(3)受熱后的表面溫度并反饋至所述反饋調(diào)節(jié)控制器(502b-3)。

6.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)徑向方向靠近/遠(yuǎn)離所述金屬工件(3)。

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，

環(huán)狀?yuàn)A具為截面呈“T”型的套筒，前端設(shè)置有所述安裝孔，后端設(shè)置有固定在所述爪盤中心孔內(nèi)的凸臺(tái)。