[發明專利]利用超聲-電磁復合作用強化金屬板的裝置及方法

在審

• 申請號: 202310432657.4
• 申請日: 2023-04-18
• 公開（公告）號: CN116512130A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 尹飛;楊昌;華林
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B24C1/00
• 分類號: B24C1/00;B24C1/10;B24C9/00;B24C3/04;H01F7/06;C21D7/06;C21D10/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王杰

本發明涉及一種利用超聲?電磁復合作用強化金屬板的裝置，包括超聲波噴丸模塊、三維運動模塊、電脈沖模塊和電磁鐵模塊；超聲波噴丸模塊的噴丸腔上端沿周向布置一圈彈性撐桿，彈性撐桿上端安裝一陶瓷球；金屬板通過三維運動模塊安裝于噴丸腔上方并與陶瓷球接觸；電脈沖模塊包括脈沖電流發生器、彈性撐桿電極、絕緣座，絕緣座固定在噴丸腔兩側，內安裝一彈性撐桿電極；電磁鐵模塊包括三個間歇振蕩器和三個繞有線圈的U型電磁鐵。本發明引入脈沖電流和磁場作用與超聲噴丸協同作用，精準控制在超聲噴丸強化覆蓋區內進行電流和磁場的耦合，提高超聲噴丸強化深度及表面納米結構制備效率，通過和三維運動模塊配合，實現形狀復雜和大塊的金屬板均勻強化。

技術領域

本發明涉及金屬表面強化技術領域，具體涉及一種針對不定形狀金屬板材料精準高效強化表面的裝置及方法。

背景技術

在嚴苛的工作環境下服役，金屬板零件極易發生早于設計壽命的提前失效行為，如斷裂、疲勞、磨損、腐蝕等。應用在某些關鍵部位的零件對壽命和穩定性要求更為嚴苛，如飛機上的機身蒙皮和上翼壁板，如果發生失效將產生不可估量的后果。為強化金屬板的各項性能，可以采用表面強化的手段達到目的。超聲噴丸作為一種表面機械強化手段，可進行納米結構制備，引入殘余應力，提高金屬材料的各項機械性能包括腐蝕性能。但是由于超聲噴丸的噴丸覆蓋范圍較小，對于大塊、形狀復雜的金屬板零件，高效均勻覆蓋強化較為困難，并且對于高強度難變形的金屬材料制成的板件，其強化效果會大打折扣，所以兼顧強化范圍、速度及效果的技術方案需要開發。脈沖電流和磁場被廣泛應用在材料的加工成形領域，其對加工中材料的微觀組織進行調控，以此達到改善材料的宏觀性能，所以如何將其應用在金屬板表面強化工藝中使之來精準高效強化金屬板件，并且對于形狀復雜和大塊的金屬板依然能夠省時省力可控，并且取得良好的協同強化效果是本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種利用超聲-電磁復合作用強化金屬板的裝置及方法，通過引入脈沖電流和磁場作用，與超聲噴丸協同作用，提高超聲噴丸強化深度及表面納米結構制備效率；通過和三維運動機構的配合，實現形狀復雜和大塊的金屬板精準均勻強化；使用特制的封閉但具有一定柔性的噴丸腔，在遇到金屬板件有彎曲度或是在外界干擾下晃動的情況下，依然能和板件表面保持密封，遏制丸粒其在強化過程中的溢出。

本發明為解決上述提出的技術問題所采用的技術方案為：

一種利用超聲-電磁復合作用強化金屬板的裝置，包括超聲波噴丸模塊、三維運動模塊、電脈沖模塊和電磁鐵模塊；所述超聲波噴丸模塊包括噴丸腔，所述噴丸腔的腔孔上端沿周向布置一圈彈性撐桿，每一彈性撐桿上端對應安裝一陶瓷球；待處理金屬板通過所述三維運動模塊安裝于所述噴丸腔上方，并與所述陶瓷球相接觸，三維運動模塊帶動金屬板實現X、Y、Z三個方向的運動；所述電脈沖模塊包括脈沖電流發生器、彈性撐桿電極、絕緣座，兩個所述絕緣座固定在所述噴丸腔兩側，每一絕緣座內安裝一所述彈性撐桿電極，兩個彈性撐桿電極上端均與金屬板接觸、下端分別與所述脈沖電流發生器的正負極相連；所述電磁鐵模塊包括三個間歇振蕩器和三個繞有線圈的U型電磁鐵，三個U型電磁鐵的軸線互成120°布置于同一豎直平面內，其中一個U型電磁鐵布置于金屬板上方且磁極方向與板面垂直，另外兩個U型電磁鐵磁極呈鏡像對稱布置于金屬板下方且磁極方向與上方磁極相反；所述三個間歇振蕩器分別與三個U型電磁鐵一一對應相連。

上述方案中，待處理金屬板為平板或曲面板。

上述方案中，所述彈性撐桿下端固定在噴丸腔上，所述陶瓷球轉動安裝于彈性撐桿上端。

上述方案中，相鄰的兩組彈性撐桿和陶瓷球組合結構之間的縫隙小于1mm。

上述方案中，所述超聲波噴丸模塊還包括超聲波發生器、超聲探頭和噴丸丸粒，所述超聲波發生器與超聲探頭相連，所述超聲探頭從所述噴丸腔的腔孔下端伸入噴丸腔內，所述噴丸丸粒鋪設于超聲探頭上表面。