[發(fā)明專利]高頻電脈沖輔助表面微鍛裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111148547.2
• 申請(qǐng)日: 2021-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN113862459B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈彬;劉啟;陳蘇琳;金思雨;朱云;明偉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D10/00
• 分類號(hào): C21D10/00;C21D7/04;C22F1/00;C22F3/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種高頻電脈沖輔助表面微鍛方法，其特征在于，基于高頻電脈沖輔助表面微鍛裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置包括：脈沖發(fā)生裝置和電磁微鍛裝置，其中：脈沖發(fā)生裝置向電磁微鍛裝置的微鍛沖頭和工件之間提供高能電流，利用電致塑性效應(yīng)提高微鍛工藝效果；

所述的脈沖發(fā)生裝置包括：低電壓控制電路和與之相連的高電壓工作電路，其中：高電壓工作電路的輸出端分別與待處理工件和電磁微鍛裝置的微鍛沖頭相連，低電壓控制電路控制高電壓工作電路通斷并與電磁微鍛裝置協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)在微鍛頭和工件接觸時(shí)間段內(nèi)釋放高能脈沖電流；

所述的電磁微鍛裝置包括：殼體以及設(shè)置于其內(nèi)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置和動(dòng)子，其中：動(dòng)子通過直線軸承滑動(dòng)設(shè)置于殼體內(nèi)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置對(duì)動(dòng)子產(chǎn)生安培力以實(shí)現(xiàn)其往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

所述的高電壓工作電路包括：驅(qū)動(dòng)電源、二極管、電阻、高頻電容和兩個(gè)晶體管模塊，其中：兩個(gè)晶體管模塊分別作為充電電路和放電電路開關(guān)實(shí)現(xiàn)高頻電容充放電，該電路的輸入端分別與控制部分的兩個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端相連，輸出端分別與電磁微鍛裝置的微鍛沖頭和工件相連；

所述的低電壓控制電路包括：二極管、光耦隔離模塊、兩個(gè)電阻、隔離電源、微控制單元及兩個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)模塊；

所述的表面微鍛，包括以下步驟：

①初始狀態(tài)，硬質(zhì)合金沖頭尚未與工件接觸，微控制單元檢測(cè)到第一和第二電阻之間，即A點(diǎn)高電勢(shì)，并通過第一晶體管驅(qū)動(dòng)模塊控制第一晶體管模塊關(guān)閉，同時(shí)通過第二晶體管驅(qū)動(dòng)模塊控制第二晶體管模塊導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電源通過二極管、電阻及第二晶體管模塊給高頻電容充電；

②當(dāng)動(dòng)子沖擊到工件后，微控制單元檢測(cè)到A點(diǎn)低電平后，進(jìn)行延時(shí)并通過第二晶體管驅(qū)動(dòng)模塊控制第二晶體管模塊關(guān)閉，高頻電容充電結(jié)束，經(jīng)后通過第一晶體管驅(qū)動(dòng)模塊控制第一晶體管模塊導(dǎo)通，高頻電容開始放電，所存儲(chǔ)的電荷流經(jīng)第一晶體管模塊、二極管、硬質(zhì)合金沖頭、工件迅速釋放，產(chǎn)生脈沖電流，通過改變+以控制單次沖擊過程中電脈沖作用起始時(shí)間，實(shí)現(xiàn)不同的表面改性效果；由于硬質(zhì)合金沖頭和工件間接觸面積較小，此處電流密度較大，電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)及非熱效應(yīng)在該處作用于工件，達(dá)到了輔助表面工藝微鍛工藝的效果；

③正向放電時(shí)，放電時(shí)電流幅值及大小取決高頻電容、第一晶體管模塊，二極管、硬質(zhì)合金沖頭、工件組成的RLC震蕩電路，可調(diào)節(jié)高頻電容的充電電壓改變脈沖電流的幅值，調(diào)節(jié)高頻電容的容量改變脈沖的脈寬；正向放電結(jié)束，電路會(huì)產(chǎn)生反向電流，但由于二極管的存在，反向電流被抑制，最終得到的輸出電流波形為單個(gè)正弦信號(hào)的正半周期，當(dāng)?shù)谝痪w管模塊關(guān)閉后，延時(shí)后開啟第二晶體管模塊，對(duì)高頻電容再次進(jìn)行充電，為下一個(gè)脈沖蓄能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電脈沖輔助表面微鍛方法，其特征是，所述的晶體管模塊采用IGBT管、MOSFET管或可控硅模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電脈沖輔助表面微鍛方法，其特征是，所述的動(dòng)子包括：動(dòng)子線圈、沖桿、沖頭；所述的磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括：磁軛以及設(shè)置于其內(nèi)的永磁體，當(dāng)動(dòng)子線圈的兩端與交流電源相連時(shí)，動(dòng)子受到交變的安培力作用，往復(fù)沖擊工件。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電脈沖輔助表面微鍛方法，其特征是，所述的工件，其表面加工區(qū)域局部施加高頻脈沖電流，利用較小的能量實(shí)現(xiàn)加工區(qū)域較大的電流密度，使得沖擊點(diǎn)處電流密度分布不因零件不同部位幾何尺寸差異而發(fā)生變化，可保證加工的高一致性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電脈沖輔助表面微鍛方法，其特征是，所述的高頻電脈沖輔助表面微鍛裝置通過陶瓷墊片固定于機(jī)械臂末端或者機(jī)床主軸，并與之保持絕緣，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面零件的電脈沖輔助微鍛加工。