CN105817834A - 一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置，它由滚压机构、测力机构和脉冲放电机构组成，所述滚压机构包括一个装有滚压杆的套筒，滚压杆的端头装有滚压轮；所述测力机构的压力传感器、支撑板、弹簧，依次装于套筒内滚压杆的后端，并用端盖固定，测力机构的压力显示仪通过数据线与压力传感器连接；所述的脉冲放电机构为一个接有工作电极的高频脉冲电源；于滚压轮的一侧设有冷却喷嘴。本发明还公开了高频脉冲放电辅助表面滚压强化加工方法，它是在表面滚压加工的基础上，将高频脉冲放电引入到表面滚压加工的过程中来，通过表面滚压和高频脉冲放电的结合，从而在工件表面获得一层性能较好且结构均匀的强化层，提高了零件的耐磨性能和抗疲劳性能。

Description

一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置和方法
技术领域
本发明属于金属表面强化技术领域，涉及一种轴类零件的表面强化技术，具体涉及一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置和方法。
背景技术
大多数轴类和杆类零件在使用的过程中，由于在零件表面出现了应力集中、点蚀、微动磨损等破坏现象，往往导致零件产生疲劳和严重的磨损。因此，如何提高金属材料的耐磨损和抗疲劳性能，这对于提高金属零部件的使用精度和寿命具有非常重要的意义，从而能保障机械设备以更加安全可靠的性能运行。
为了达到上述要求，必需对轴类和杆类的表面进行改性处理。表面滚压强化加工作为一种表面改性处理方法，能提高滚压表面的显微硬度、降低表面粗糙度以及在滚压表面产生残余压应力，但是，仅仅对轴类和杆类零件采用简单的表面滚压加工，难以获得材料表面较好的强化层性能和结构均匀度，不能彻底有效解决零件的耐磨性能和抗疲劳性能的问题。
发明内容
针对现有轴类和杆类中存在的表面改性处理问题，本发明的目的是：提供一种操作简单，适用性较强的高频脉冲放电辅助表面滚压强化装置和方法，通过表面滚压和高频脉冲放电的结合，得到性能较好和结构均匀的强化层。
本发明公开了一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置，采用的技术方案是，它由滚压机构、测力机构和脉冲放电机构组成，所述滚压机构包括一个装有滚压杆的套筒，滚压杆的端头装有滚压轮；所述测力机构的压力传感器、支撑板、弹簧，依次装于套筒内滚压杆的后端，并用端盖固定，测力机构的压力显示仪通过数据线与压力传感器连接；所述的脉冲放电机构为一个接有工作电极的高频脉冲电源；于滚压轮的一侧设有冷却喷嘴。
本发明所述的高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置,其特征还在于，
所述的滚压轮采用钨合金材料制造，硬度为HRC68～72，与被加工工件之间为线接触。
所述滚压杆两侧设有导向槽，所述套筒两侧装有与导向槽对应配合的导向销。
本发明还公开了一种使用高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置的方法，该方法按以下步骤进行，
步骤一、将工件安装到机床卡盘上,与脉冲放电机构高频脉冲电源的正极连接；
步骤二、将滚压机构的套筒安装固定于机床刀架，将滚压杆端头的滚压轮与工件对中，并将脉冲放电机构高频脉冲电源的负极与工作电极连接；
步骤三、打开冷却喷嘴开关,使工作介质浇注到工件和工作电极之间，使其处于所需的工作介质环境中；
步骤四、调整滚压机构施加载荷，使滚压杆端头的滚压轮与工件接触，将压力显示仪读数调整为零，并观察压力显示仪保持静载荷不变；然后调整刀架径向进给量，待压力显示仪读数达到预定的滚压力时停止加载；最后调整好车床相关参数并启动车床；
步骤五、开启机床,调节加工相关参数；
步骤六、待滚压轮和工件之间产生相对运动后,开启脉冲放电机构的高频脉冲电源，调节脉冲电流的频率和大小，使工件和工作电极之间产生脉冲放电，瞬时加热工件表面，在高频脉冲放电的同时对工件表面进行滚压强化加工，同时施以工作介质冷却。
本发明所述高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置的方法，其特征还在于，
该方法的工艺参数为：表面滚压静载荷范围为600N～900N；滚轮的进给速度为0.05～0.10mm/rev；工件的转速为50～360rpm；脉冲电源的频率为30～50kHz；输出的脉冲电流范围为30～50A。
所述工作介质为线切割用润滑冷却液。
本发明高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置与现有的滚压装置相比，具有如下优点：
(1)本发明装置具有较强的通用性。该高频脉冲放电辅助的表面滚压强化装置能够滚压强化具有不同强度的材料，且应用的载荷范围比较大；装置结构简单，便于装卸和维护。
(2)本发明装置可以精确控制滚压载荷的大小。通过压力传感器可以实时显示施加到工件上的载荷大小，而且压力传感器下端装有弹簧，可以缓冲吸震，从而避免了在加载过程中传感器与刀杆之间的刚性碰撞。
(3)本发明装置输出的脉冲电流频率较高，能使材料表面性能密集且形成均匀的改性区域。
本发明高频脉冲放电辅助表面滚压强化加工方法，是在表面滚压加工的基础上，将高频脉冲放电引入到表面滚压加工的过程中来，从而在材料表面获得一层性能较好且结构均匀的强化层，提高了零件的耐磨性能和抗疲劳性能。
附图说明
图1是本发明高频脉冲放电辅助表面滚压强化加工装置结构示意图；
图2为没有利用高压脉冲放电辅助的滚压试样截面SEM图；
图3为利用本发明进行高压脉冲放电辅助的滚压试样截面SEM图。
图中，1.滚压机构，2.测力机构，3.脉冲放电机构，4.滚压杆，5.套筒，6.滚压轮，7.压力传感器，8.支撑板，9.弹簧，10.端盖，11.压力显示仪，12.工作电极，13.冷却喷嘴，14.导向槽，15.导向销钉，16.工件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置，如图1所示，它由滚压机构1、测力机构2和脉冲放电机构3组成，所述滚压机构1包括一个装有滚压杆4的套筒5，滚压杆4的端头装有滚压轮6；测力机构2的压力传感器7、支撑板8、弹簧9，依次装于套筒5内滚压杆4的后端，并用端盖10固定，测力机构2的压力显示仪11通过数据线与压力传感器7连接；所述的脉冲放电机构3为一个接有工作电极12的高频脉冲电源；于滚压轮6的一侧设有冷却喷嘴13。
本发明的滚压轮6采用钨合金材料制造，硬度为HRC68～72，与被加工工件之间为线接触；滚压杆4两侧设有导向槽14，套筒5两侧装有与导向槽14对应配合的导向销钉15。
本发明高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置的方法，按以下步骤进行，
步骤一、将工件安装到机床卡盘上,与脉冲放电机构3高频脉冲电源的正极连接；
步骤二、将滚压机构1的套筒5安装固定于机床刀架，将滚压杆4端头的滚压轮6与工件对中，并将脉冲放电机构3高频脉冲电源的负极与工作电极12连接；
步骤三、打开冷却喷嘴13开关，使工作介质浇注到工件和工作电极12之间，使其处于所需的工作介质环境中；
步骤四、调整滚压机构1施加载荷，使滚压杆4端头的滚压轮6与工件接触，将压力显示仪11读数调整为零，并观察压力显示仪11保持静载荷不变；然后调整刀架径向进给量，待压力显示仪11读数达到预定的滚压力时停止加载；最后调整好车床相关参数并启动车床；
步骤五、开启机床,调节加工相关参数；
步骤六、待滚压轮6和工件之间产生相对运动后,开启脉冲放电机构3的高频脉冲电源，调节脉冲电流的频率和大小，使工件和工作电极12之间产生脉冲放电，瞬时加热工件表面，在高频脉冲放电的同时对工件表面进行滚压强化加工，同时施以工作介质冷却。
本发明的工艺参数为：表面滚压静载荷范围为600N～900N；滚轮的进给速度为0.05～0.10mm/rev；工件的转速为50～360rpm；脉冲电源的频率为30～50kHz；输出的脉冲电流范围为30～50A。
实施例
以Ti-6Al-4V圆棒为加工对象,利用高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置对Ti-6Al-4V圆棒进行表面滚压强化加工。
先将本发明表面滚压强化加工装置的滚压机构1安装到机床的刀架上，并与工件16对中。再将高频脉冲放电机构3的两极分别连接到工件16和工作电极12上，打开滚压轮6的一侧的冷却喷嘴13，开通工作介质。
然后调节工艺的参数：工件的转速为240rpm，滚轮的进给速度为0.08mm/rev。观察压力显示仪11，对滚压工件16施加750N的载荷。当滚压轮6对Ti-6Al-4V圆棒的滚压过程进入稳定后，打开脉冲放电机构3的高频脉冲电源的开关，调节高频脉冲电源：输出频率为40KHz，输出的脉冲电流为40A，之后即可进行高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工。
图2为没有利用高压脉冲放电辅助的滚压试样截面电子扫描显像图，图3为利用了本发明高压脉冲放电辅助的滚压试样截面电子扫描显像图；通过对Ti-6Al-4V圆棒是否采用高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工后的表面性能和微观结构对比，由图3发现，采用高频脉冲放电辅助滚压强化加工后的零件表面改性层具有较高的硬度和残余应力，且零件的表面粗糙度明显降低，同时改性了零件表面改性层的微观结构，最终实现了改善零件的耐磨性和疲劳性能的目的。
上述实施方式只是本发明的一个实例，不是用来限制发明的实施与权利范围，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明申请专利范围内。

Claims (6)

1.一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置，其特征在于，它由滚压机构(1)、测力机构(2)和脉冲放电机构(3)组成，所述滚压机构(1)包括一个装有滚压杆(4)的套筒(5)，滚压杆(4)的端头装有滚压轮(6)；所述测力机构(2)的压力传感器(7)、支撑板(8)、弹簧(9)，依次装于套筒(5)内滚压杆(4)的后端，并用端盖(10)固定，测力机构(2)的压力显示仪(11)通过数据线与压力传感器(7)连接；所述的脉冲放电机构(3)为一个接有工作电极(12)的高频脉冲电源；于滚压轮(6)的一侧设有冷却喷嘴(13)。
2.根据权利要求1所述的高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置,其特征在于，所述的滚压轮(6)采用钨合金材料制造，硬度为HRC68～72，与被加工工件之间为线接触。
3.根据权利要求1所述的高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置,其特征在于，所述滚压杆(4)两侧设有导向槽(14)，所述套筒(5)两侧装有与导向槽(14)对应配合的导向销(15)。
4.一种使用权利要求1所述高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行，
步骤一、将工件安装到机床卡盘上,与脉冲放电机构(3)高频脉冲电源的正极连接；
步骤二、将滚压机构(1)的套筒(5)安装固定于机床刀架，将滚压杆(4)端头的滚压轮(6)与工件对中，并将脉冲放电机构(3)高频脉冲电源的负极与工作电极(12)连接；
步骤三、打开冷却喷嘴(13)开关,使工作介质浇注到工件和工作电极(12)之间，使其处于所需的工作介质环境中；
步骤四、调整滚压机构(1)施加载荷，使滚压杆(4)端头的滚压轮(6)与工件接触，将压力显示仪(11)读数调整为零，并观察压力显示仪(11)保持静载荷不变；然后调整刀架径向进给量，待压力显示仪(11)读数达到预定的滚压力时停止加载；最后调整好车床相关参数并启动车床；
步骤五、开启机床,调节加工相关参数；
步骤六、待滚压轮(6)和工件之间产生相对运动后,开启脉冲放电机构(3)的高频脉冲电源，调节脉冲电流的频率和大小，使工件和工作电极(12)之间产生脉冲放电，瞬时加热工件表面，在高频脉冲放电的同时对工件表面进行滚压强化加工，同时施以工作介质冷却。
5.根据权利要求4所述高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置的方法，其特征在于，该方法的工艺参数为：表面滚压静载荷范围为600N～900N；滚轮的进给速度为0.05～0.10mm/rev；工件的转速为50～360rpm；脉冲电源的频率为30～50kHz；输出的脉冲电流范围为30～50A。
6.根据权利要求4所述的高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置,其特征在于，所述工作介质为线切割用润滑冷却液。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107475508A (zh) * 2017-08-10 2017-12-15 江苏大学 一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的方法及装置
CN108406224A (zh) * 2018-01-31 2018-08-17 华南理工大学 一种高频直流加热辅助滚压加工装置及其加工方法
CN111531322A (zh) * 2020-04-26 2020-08-14 华南理工大学 一种感应加热辅助表面超声滚压装置与方法
CN112626320A (zh) * 2020-12-11 2021-04-09 华南理工大学 脉冲电流辅助超声滚压表面强化装置及方法
CN112877524A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 上海交通大学 对金属工件施加弹性应力场和脉冲电流场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法
CN112877515A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 上海交通大学 对金属工件施加脉冲电流场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法
CN113547866A (zh) * 2021-08-10 2021-10-26 常州市武进海力制辊有限公司 高精度网纹辊机械压花机
CN114515937A (zh) * 2022-03-17 2022-05-20 浙江工业大学 一种电脉冲辅助滚压加工平台

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1577401A1 (en) * 2002-11-19 2005-09-21 Nippon Steel Corporation Method of manufacturing metal product having nano-crystallized surface layer part
CN101130828A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 中国人民解放军装甲兵工程学院 超声深滚和滚光一体化表面强化装置
CN104826869A (zh) * 2015-04-29 2015-08-12 清华大学深圳研究生院 电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统及方法
CN205043423U (zh) * 2015-09-08 2016-02-24 清华大学深圳研究生院 金属模具用的圆柱形配件加工系统
CN205733647U (zh) * 2016-05-19 2016-11-30 华南理工大学 一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1577401A1 (en) * 2002-11-19 2005-09-21 Nippon Steel Corporation Method of manufacturing metal product having nano-crystallized surface layer part
CN101130828A (zh) * 2006-08-25 2008-02-27 中国人民解放军装甲兵工程学院 超声深滚和滚光一体化表面强化装置
CN104826869A (zh) * 2015-04-29 2015-08-12 清华大学深圳研究生院 电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统及方法
CN205043423U (zh) * 2015-09-08 2016-02-24 清华大学深圳研究生院 金属模具用的圆柱形配件加工系统
CN205733647U (zh) * 2016-05-19 2016-11-30 华南理工大学 一种高频脉冲放电辅助的表面滚压强化加工装置

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107475508A (zh) * 2017-08-10 2017-12-15 江苏大学 一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的方法及装置
CN107475508B (zh) * 2017-08-10 2018-08-14 江苏大学 一种激光喷丸复合滚压强化表面改性的方法及装置
CN108406224A (zh) * 2018-01-31 2018-08-17 华南理工大学 一种高频直流加热辅助滚压加工装置及其加工方法
CN111531322A (zh) * 2020-04-26 2020-08-14 华南理工大学 一种感应加热辅助表面超声滚压装置与方法
CN112626320A (zh) * 2020-12-11 2021-04-09 华南理工大学 脉冲电流辅助超声滚压表面强化装置及方法
CN112877524A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 上海交通大学 对金属工件施加弹性应力场和脉冲电流场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法
CN112877515A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 上海交通大学 对金属工件施加脉冲电流场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法
CN112877524B (zh) * 2021-01-14 2022-05-27 上海交通大学 对金属工件施加弹性应力场和脉冲电流场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法
CN113547866A (zh) * 2021-08-10 2021-10-26 常州市武进海力制辊有限公司 高精度网纹辊机械压花机
CN113547866B (zh) * 2021-08-10 2022-05-17 常州市武进海力制辊有限公司 高精度网纹辊机械压花机
CN114515937A (zh) * 2022-03-17 2022-05-20 浙江工业大学 一种电脉冲辅助滚压加工平台

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