CN108176949A - 一种板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料表面处理技术领域，公开了一种板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置，设置有扭碾头，扭碾头外侧套接有端盖，扭碾头与端盖中间套接有轴承台，轴承台下端与端盖卡接有底端滚珠，扭碾头上端插接有锥柄，锥柄下端外侧套接有扭力套筒，锥柄在扭力套筒上侧套接有调整套下盖，调整套下盖上端套接有调整盖上盖；本发明将三道工序集成在一起，一道次加工可以完成高压扭转摩擦加工、碾压加工和滚光加工，并且多道次加工可以获得更深的应变层；滚光工序与高压扭转摩擦工序复合，可以有效地改善加工后的表面粗糙度；操作简单、加工时间短、应变层深度可控、加工工件表面粗糙度低、应用范围广。
Description
技术领域
本发明属于材料表面处理技术领域，尤其涉及一种板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：自20世纪末以来，性能优异的纳米材料引起越来越多研究人员与工业界人士关注。研究人员先后提出了高能喷丸法、超声波强化、滚压加工、表面碾压以及快速多重旋转碾压等加工方法，并且有些加工方法已经得到了广泛应用。如滚压技术在汽车曲轴滚动副加工方面上得到了广泛地应用；表面碾压加工技术，以使轧辊具有更高的耐磨性。但是，由于高能喷丸法、超声波强化、表面碾压加工和滚压加工等方法原理的限制，不是产生的塑性变性层很薄，达不到很好的强化效果；就是使用范围仅限于回转体零件或尺寸较小的零件；再者就是工艺复杂，效率低，塑性变形层的质量难于控制，因此，很多加工方法仍处于实验研究阶段。一种金属表面纳米化的方法，该方法利用刚性圆柱体旋转摩擦金属表面，使金属表面产生塑性变形，导致晶粒细化，进而实现表面纳米化。但该方法加工的表面比较粗糙，使用范围受到了很大限制。一种利用滚压变形方法在金属材料表面制备梯度纳米层的装置。但该装置不适合尺寸较大零件的表面纳米化。针对目前我国大飞机项目研发、高铁、航天航空设备的蒙皮，以及风力发电设备的外罩对比强度要求越来越高，开发一种强化方法简便，工艺简单、成本低廉，并能充分开发商用合金的使用性能，适用于航空、航天、交通运输工具和船舶制造领域的大尺寸成型工件以及大尺寸曲面薄壳类成型工件的加工工艺方法迫在眉睫。材料表面微纳米化是解决这一问题最可行的方法，但是已有的加工方法由于原理等方面的限制不适于大尺寸薄壁零件的加工。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有的材料表面纳米化的加工技术产生的塑性变性层很薄，达不到很好的强化效果；
(2)使用范围有限；
(3)工艺复杂，效率低，塑性变形层的质量难于控制。
解决上述技术问题的难度和意义：
现有的材料表面纳米化的加工技术受到原理的限制；解决上述技术问题后能够完成薄壁零件表面纳米化加工任务。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置。
本发明是这样实现的，一种板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置设置有
扭碾头；
所述扭碾头底端设置有多条交错排列的弧形叶片，用于完成高压扭转摩擦加工；
所述扭碾头外侧套接有端盖；
所述扭碾头与端盖中间套接有轴承台；
所述轴承台下端与端盖卡接有底端滚珠，所述底端滚珠设置有多排，交错型排列，用于实现滚光加工，能够有效的降低板料表面粗糙度；
所述扭碾头上端插接有锥柄，可以将数控机床主轴的压力和扭矩传递到扭碾头上；
所述锥柄下端外侧套接有扭力套筒，所述扭力套筒外侧壁套接在轴承台上端外侧；
所述锥柄在扭力套筒上侧套接有调整套下盖；
所述调整套下盖上端套接有调整盖上盖。
所述锥柄在扭力套筒上侧套接有调整套下盖；
所述调整套下盖上端套接有调整盖上盖。两者将卡簧、碟形弹簧、轴承、滚珠、微调齿轮封闭在内。
进一步，所述调整套下盖和调整盖上盖内部套接有微调齿轮、碟形弹簧和扭力套筒，可以对滚珠产生向下的作用力，从而实现滚光加工。微调齿轮与调整盖上盖内部的内齿形配合可以使微调齿轮绕着锥柄旋转，顺时针旋转可使微调齿轮向下运动；反之，向上运动。调整盖上盖顺时针旋转一周，微调齿轮产生沿着锥柄轴线方向向下的一个螺距(锥柄上螺纹的螺距)的移动量。从而达到微调滚光压力大小的目的。
进一步，所述调整盖上盖内部套接有轴承，轴承外侧通过轴承滚珠卡接有微调齿轮，可以通过旋转微调齿轮来调节蝶形弹簧向下的作用力。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：将三道工序集成在一起，一道次加工可以完成高压扭转摩擦加工、碾压加工和滚光加工，并且多道次加工可以获得更深的应变层；滚光工序与高压扭转摩擦工序复合，可以有效地改善加工后的表面粗糙度；操作简单、加工时间短、应变层深度可控、加工工件表面粗糙度低、应用范围广；本装置可以使板材产生连续局部塑性变形方法，因而施加外力小，振动小，噪音小，可以有效地改善工人的劳动条件；因施加外力小，可以利用多轴(三轴及以上)数控加工设备完成复杂零件，尤其适用于加工成型薄壳类零件；通过调整每次压入板料深度和加工道次来控制金属材料表面微纳米层的厚度，实现表面自纳米化层的可控制备装置，是一种新颖的、适用于商用大尺寸成型零件表面微纳米化的设备，用它完成薄壁零件表面纳米化加工任务，能够改进以往表面塑性强化加工方法的不足。
附图说明
图1是本发明实施例提供的板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置结构示意图；
图2是本发明实施例提供的板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置结构爆炸示意图；
图3是本发明实施例提供的板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置结构工程图；
图4是本发明实施例提供的板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置底端结构示意图；
图5是本发明实施例提供的板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置扭碾头结构示意图；
图6是本发明实施例提供的板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置滚光压力调整简化示意图；
图中：1、端盖；2、扭碾头；3、底端滚珠；4、轴承台；5、锥柄；6、扭力套筒；7、平键；8、调整套下盖；9、卡簧；10、碟形弹簧；11、轴承；12、轴承滚珠；13、微调齿轮；14、调整套上盖；15、板料；16、螺钉。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1-图5所示，本发明实施例提供的板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置设置有端盖1、扭碾头2、底端滚珠3、轴承台4、锥柄5、扭力套筒6、平键7、调整套下盖8、卡簧9、碟形弹簧10、轴承11、轴承滚珠12、微调齿轮13和调整套上盖14。
扭碾头2底端设置有多条交错排列的弧形叶片，扭碾头2外侧套接有端盖1，扭碾头2与端盖1中间套接有轴承台4，轴承台4下端与端盖1卡接有底端滚珠3，底端滚珠3设置有多排，交错型排列，扭碾头2上端插接有锥柄5，锥柄5下端外侧套接有扭力套筒6，扭力套筒6外侧壁套接在轴承台4上端外侧，锥柄5在扭力套筒6上侧套接有调整套下盖8，调整套下盖8上端套接有调整盖上盖14，调整盖下盖8内侧设置有平键7，调整套下盖8和调整盖上盖14内部套接有卡簧9和碟形弹簧10，可以对滚珠3产生向下的作用力，调整盖上盖8内部套接有轴承11，轴承11外侧通过轴承滚珠卡接有微调齿轮13。
使用时，将本发明夹持在数控加工机床(CNC)的主轴下端，在主轴带动下扭碾头旋转运动和水平运动相配合完成板料表层的微纳米加工。旋转运动主要用来完成对板材的扭转摩擦塑形变形，水平运动主要完成对为加工表面的进给。由于CNC机床自身的运动特性，因此在CNC主轴的带动下，扭碾头可以完成复杂的加工路径，薄板表层金属就完成了一道次的塑性变形。扭碾头多次重复上述路径就可以实现对板料塑性变形层厚度和晶粒尺寸的可控制备，可以制得出大变形量、具有空间梯度结构的微纳米化表层结构。
本发明主要可用于完成高压扭转摩擦加工、碾压加工和滚光加工三道工序。高压扭转摩擦加工和碾压加工两道工序由扭碾头2和锥柄5共同完成。锥柄5主要是起连接作用的零件，通过锥柄5可以将数控机床主轴的压力和扭矩传递到扭碾头2上，数控机床产生的压力通过扭碾头2作用在板料上。扭碾头2工作部位主要由中间的圆柱体和四周的弧形叶片组成，结构见图5所示。中部的圆柱形凸台用于完成高压扭转加工；与凸台向切的多个弧形叶片，完成扭碾加工。通过设计具有中部起扭转加工的圆柱体、起碾磨作用的圆周阵列的弧形叶片结构的扭碾头2，以及可控的多道次扭碾操作是完成大应变变形的基础，这是完成板材表面微纳米化素化强化的关键所在。
如图6所示，滚光加工工序主要有端盖1、滚珠3、轴承台4、锥柄5、扭力套筒6、平键7、调整套下盖8、卡簧9、碟形弹簧10、轴承11、滚珠12、微调齿轮13和调整套上盖14完成。滚珠3作用于板料15压力的大小可以通过调整微调齿轮13相对于锥柄5的位置进行控制。如果微调齿轮13向下调整，则碟形弹簧10的弹力增大，作用于板料15上的压力就增大。反之，微调齿轮13向上调整，则压力减小。实际设计中，微调齿轮13微调操作是通过调整套上盖14相对微调齿轮13转动齿数实现的，调整套上盖14每转动一个齿，则微调齿轮13将产生h/n mm(式中h表示螺距，n表示微调齿轮的齿数)大小的相对移动量，控制转过的齿数就达到微调滚压力大小的目的。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置，其特征在于，所述板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置设置有
扭碾头；
所述扭碾头底端设置有多条交错排列的弧形叶片；
所述扭碾头与端盖中间套接有轴承台；所述轴承台下端与端盖卡接有底端滚珠，所述底端滚珠设置有多排，交错型排列；
所述扭碾头上端插接有锥柄；
所述锥柄下端外侧套接有扭力套筒，所述扭力套筒外侧壁套接在轴承台上端外侧。
2.如权利要求1所述板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置，其特征在于，所述扭碾头外侧套接有端盖；所述扭碾头上端插接有锥柄。
3.如权利要求1所述板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置，其特征在于，所述锥柄在扭力套筒上侧套接有调整套下盖；所述调整套下盖上端套接有调整盖上盖。
4.如权利要求3所述板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置，其特征在于，所述调整盖下盖内侧设置有平键。
5.如权利要求3所述板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置，其特征在于，所述调整套下盖和调整盖上盖内部套接有卡簧和碟形弹簧。
6.如权利要求3所述板材表面微纳米化的机械多重扭碾装置，其特征在于，所述调整盖上盖内部套接有轴承，轴承外侧通过轴承滚珠卡接有微调齿轮。
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