CN110253449A - 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法 - Google Patents

一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110253449A
CN110253449A CN201910623772.3A CN201910623772A CN110253449A CN 110253449 A CN110253449 A CN 110253449A CN 201910623772 A CN201910623772 A CN 201910623772A CN 110253449 A CN110253449 A CN 110253449A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shot
workpiece
peening
shot peening
frequency pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910623772.3A
Other languages
English (en)
Inventor
孙富建
苏飞
李时春
万上
邓朝晖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University of Science and Technology
Original Assignee
Hunan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University of Science and Technology filed Critical Hunan University of Science and Technology
Priority to CN201910623772.3A priority Critical patent/CN110253449A/zh
Publication of CN110253449A publication Critical patent/CN110253449A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C9/00—Appurtenances of abrasive blasting machines or devices, e.g. working chambers, arrangements for handling used abrasive material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，其特征在于，由表面喷丸强化装置和脉冲电源装置组成；所述表面喷丸强化装置包括一喷丸室和安装在所述喷丸室上且向喷丸室内喷入喷丸的喷丸机构以及一设置在所述喷丸室内用以固定工件的工件夹持机构；所述脉冲电源装置在喷丸时连接在工件上给所述工件施加脉冲电流。本发明还公开了高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法，它是利用高频脉冲电流的电致塑性效应，提高钛合金、铝合金等航空零部件表面的塑性，降低硬度，提高零部件表面喷丸强化的效果，提高航空零部件的耐磨性和疲劳强度。

Description

一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法
技术领域
本发明涉及金属表面强化技术领域，尤其涉及复杂零件的表面强化技术领域，具体包括高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法。
背景技术
钛合金、铝合金等航空材料在服役过程中受到交变载荷和外界环境的影响，十分容易发生疲劳断裂；在螺栓联接、铆钉联接、涡轮叶片与轮盘的榫联接等处又非常容易发生微动磨损。疲劳裂纹和微动磨损成为钛合金、铝合金等航空零部件发生失效的两种主要形式。
为了能够提高钛合金、铝合金等航空零部件的疲劳强度和耐磨损性能，必须对其进行工件表面强化处理。喷丸强化处理选用细小弹丸，高速撞击到工件表面，使工件表面层发生弹塑性变形，降低表面粗糙度，提高表面硬化强度，使工件表面获得残余压应力，从而提高钛合金、铝合金等航空零部件的耐磨性和疲劳强度。然而，传统的表面喷丸强化，难以获得较高的表面硬化强度、较深的表面硬化深度、较大的表面残余压应力，对航空零部件耐磨性和疲劳强度的提高十分有限。
发明内容
为了解决现有钛合金、铝合金等航空零部件表面强化处理的问题，本发明的目的之一提供一种结构简单的高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，通过高频脉冲电流的辅助作用，提高工件表面喷丸强化的效果，使钛合金、铝合金等航空零部件的耐磨性能和疲劳强度得到提高。
本发明的目的之二提供一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法。
作为本发明第一方面的一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，由表面喷丸强化装置和脉冲电源装置组成；所述表面喷丸强化装置包括一喷丸室和安装在所述喷丸室上且向喷丸室内喷入喷丸的喷丸机构以及一设置在所述喷丸室内用以固定工件的工件夹持机构；所述脉冲电源装置在喷丸时连接在工件上给所述工件施加脉冲电流。
在本发明的一个优选实施例中，所述脉冲电源装置包括串联的脉冲电源和示波器，所述脉冲电源的一输出端与所述工件连接，所述脉冲电源的另一输出端与所述示波器的输入端连接，所述示波器的输出端与所述工件连接。所述示波器用以监控工件中的电流和电压。
在本发明的一个优选实施例中，所述工件夹持机构为一台钳。
在本发明的一个优选实施例中，所述喷丸机构包括一动力机构和由所述动力机构驱动的分丸轮、叶轮，所述叶轮位于所述分丸轮的外围；所述喷丸机构还包括一位于所述叶轮与所述分丸轮之间的定向套，在所述定向套上设置有进丸管和分丸口，喷丸时，所述动力机构带动所述分丸轮和叶轮转动，所述分丸轮使由所述进丸管进入的喷丸获得一定的旋转运动，由离心力将喷丸分散到定向套中并有所述分丸口喷出抛掷到叶轮的叶片上，最终由所述叶轮的叶片抛射至所述喷丸室内的工件表面上。
在本发明的一个优选实施例中，所述的动力机构由电动机带动。
在本发明的一个优选实施例中，所述的叶片、分丸轮、定向套所采用的材料为耐磨的镍基合金材料。
作为本发明第二方面的高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法，包括如下步骤：
步骤一、将工件装夹在工件夹持机构上并通过导线与示波器和脉冲电源连接；
步骤二、打开脉冲电源，调整电源参数；
步骤三、待工件表面温度达到恒定后，启动喷丸机构；在喷丸机构中的动力机构转速稳定后，将喷丸倒入进丸管，在高频脉冲电流作用的同时对工件表面进行喷丸强化。
在本发明的一个优选实施例中，所述高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法的工艺参数为：喷丸直径0.8mm，总丸量4800kg/h，驱动动力机构的电动机额定功率7.5KW，额定转速1440r/min，脉冲电源频率500～700HZ，输出电流30～60A，充电电压30～60V。
在本发明的一个优选实施例中，所述喷丸的材料为氧化铝。
与现有技术相比，本发明的明显优势是：
1、本发明的表面喷丸强化设备利用离心力的作用传递给喷丸一定的动能，结构简单，成本较低。
2、本发明不只能够用于钛合金、铝合金等航空零部件表面强化。该发明利用高频脉冲电流电子风力和热效应的耦合作用对金属零部件产生电致塑性效应，提高零部件表面层的塑性，达到有效提高零部件表面层硬化程度、残余压应力的目的。同时由于高频脉冲电流的电子风力对原子扩散能力的提升，在较低温度下(≤100℃)就能使零部件表面层产生明显的塑性提高、硬度降低现象，避免了零部件在高温下的氧化作用。
3、本发明利用高频脉冲电流辅助表面喷丸强化，其中高频脉冲电流流过金属工件时，在电磁场的综合作用下，只在金属工件表面层存在电流，这种现象被称之为集肤效应。集肤效应使得高频脉冲电流只对金属工件表面的微观组织和力学性能产生影响，而内部材料的微观组织几乎不受影响。
附图说明
图1是本发明高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置的结构示意图。
具体实施方法
下面结合附图对本发明进行进一步介绍说明。
参见图1，图中所示的一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，由表面喷丸强化装置和脉冲电源装置组成；所述表面喷丸强化装置包括一喷丸室17和通过底板16安装在喷丸室17上且向喷丸室17内喷入喷丸的喷丸机构以及一设置在喷丸室17内用以固定工件18的工件夹持机构；脉冲电源装置在喷丸时连接在工件18上给工件18施加脉冲电流。
工件夹持机构为一台钳，该台钳与现有台钳没有什么区别，也包括台钳钳身19和台钳丝杆20。转动台钳丝杆20就可以对工件18进行夹紧和松开。
脉冲电源装置包括串联的脉冲电源22和示波器21，脉冲电源22的一输出端与工件18连接，脉冲电源22的另一输出端与示波器21的输入端连接，示波器21的输出端与工件18连接。示波器21用以监控工件19中的电流和电压。
喷丸机构包括一动力机构和由动力机构驱动的分丸轮13、叶轮，叶轮位于叶轮箱体11内并位于分丸轮13的外围，在叶轮与分丸轮13之间设置有定向套14，在定向套14上设置有进丸管15和分丸口14a。
动力机构包括主轴2和轴承支承座5，主轴2通过轴承4、轴承顶套3、毡圈油封6支撑在轴承支承座5内。轴承支承座5通过固定座8固定在叶轮箱体11上。
在主轴2的外端上键设有一主轴带轮1，主轴带轮1通过皮带传动机构与电动机驱动连接。在主轴2的内端上通过普通平键23键设有一连接盘7，连接盘7通过紧固件与叶轮的叶轮下端9连接，分丸轮13通过紧固件固定在主轴2的内端上。定向套14通过定位套垫板12固定在叶轮箱体11上。
叶轮中的叶片10、分丸轮13、定向套14所采用的材料为耐磨的镍基合金材料，以提高使用寿命。
本发明表面喷丸强化设备中的动力机构中的主轴2采用电动机以及主轴带轮1带动进行旋转，主轴2的转动带动分丸轮13和叶轮转动，分丸轮13使由进丸管15进入的喷丸获得一定的旋转运动，由离心力将喷丸分散到14定向套中，并有分丸口14a喷出抛掷到叶轮的叶片10上，最终由叶轮的叶片10抛射至喷丸室17内的工件18表面上。
本发明高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法，按以下步骤进行：
步骤一、将工件装夹在台钳上，与21示波器和22脉冲电源连接；
步骤二、打开脉冲电源，调整电源参数；
步骤三、待工件表面温度达到恒定后，打开喷丸机电动机电源，主轴2转速稳定后，将喷丸倒入进丸管15，在高频脉冲电流作用的同时对工件18表面进行喷丸强化。
本发明高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置的加工工艺参数为：喷丸直径0.8mm，总丸量4800kg/h，电动机额定功率7.5KW，额定转速1440r/min，脉冲电源频率500～700HZ，输出电流30～60A，充电电压30～60V。其喷丸的材料为氧化铝。

Claims (9)

1.一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，其特征在于，由表面喷丸强化装置和脉冲电源装置组成；所述表面喷丸强化装置包括一喷丸室和安装在所述喷丸室上且向喷丸室内喷入喷丸的喷丸机构以及一设置在所述喷丸室内用以固定工件的工件夹持机构；所述脉冲电源装置在喷丸时连接在工件上给所述工件施加脉冲电流。
2.如权利要求1所述的一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，其特征在于，所述脉冲电源装置包括串联的脉冲电源和示波器，所述脉冲电源的一输出端与所述工件连接，所述脉冲电源的另一输出端与所述示波器的输入端连接，所述示波器的输出端与所述工件连接。所述示波器用以监控工件中的电流和电压。
3.如权利要求1所述的一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，其特征在于，所述工件夹持机构为一台钳。
4.如权利要求1所述的一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，其特征在于，所述喷丸机构包括一动力机构和由所述动力机构驱动的分丸轮、叶轮，所述叶轮位于所述分丸轮的外围；所述喷丸机构还包括一位于所述叶轮与所述分丸轮之间的定向套，在所述定向套上设置有进丸管和分丸口，喷丸时，所述动力机构带动所述分丸轮和叶轮转动，所述分丸轮使由所述进丸管进入的喷丸获得一定的旋转运动，由离心力将喷丸分散到定向套中并有所述分丸口喷出抛掷到叶轮的叶片上，最终由所述叶轮的叶片抛射至所述喷丸室内的工件表面上。
5.如权利要求4所述的一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，其特征在于，所述的动力机构由电动机带动。
6.如权利要求4所述的一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置，其特征在于，所述的叶片、分丸轮、定向套所采用的材料为耐磨的镍基合金材料。
7.采用权利要求1至6任一项所述的高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置进行高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将工件装夹在工件夹持机构上并通过导线与示波器和脉冲电源连接；
步骤二、打开脉冲电源，调整电源参数；
步骤三、待工件表面温度达到恒定后，启动喷丸机构；在喷丸机构中的动力机构转速稳定后，将喷丸倒入进丸管，在高频脉冲电流作用的同时对工件表面进行喷丸强化。
8.如权利要求7所述的高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法，其特征在于，所述的高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法的工艺参数为：喷丸直径0.8mm，总丸量4800kg/h，驱动动力机构的电动机额定功率7.5KW，额定转速1440r/min，脉冲电源频率500～700HZ，输出电流30～60A，充电电压30～60V。
9.如权利要求7所述的高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工方法，其特征在于，所述喷丸的材料为氧化铝。
CN201910623772.3A 2019-07-11 2019-07-11 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法 Pending CN110253449A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910623772.3A CN110253449A (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910623772.3A CN110253449A (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110253449A true CN110253449A (zh) 2019-09-20

Family

ID=67925589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910623772.3A Pending CN110253449A (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110253449A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111705197A (zh) * 2020-08-12 2020-09-25 华南理工大学 高频脉冲电流与喷丸复合的金属表面强化装置及方法
CN111893278A (zh) * 2020-08-12 2020-11-06 华南理工大学 脉冲电流与喷丸耦合的金属材料表面强化装置及方法
CN113046531A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 武汉理工大学 一种原位电脉冲提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
CN113046532A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 武汉理工大学 一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
CN114032382A (zh) * 2021-11-10 2022-02-11 中国航发北京航空材料研究院 一种脉冲磁场强化钛合金板材的设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202079494U (zh) * 2011-03-18 2011-12-21 大丰市龙城铸造机械有限公司 履带自动式抛丸清理机
CN103586783A (zh) * 2013-11-08 2014-02-19 山东开泰抛丸机械有限公司 抛丸器的新型双支承结构
CN104195322A (zh) * 2014-09-02 2014-12-10 清华大学深圳研究生院 电致塑性与超声滚压耦合进行金属材料表面强化处理方法
CN104531979A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 清华大学深圳研究生院 一种电脉冲和超声耦合实现金属表面晶粒细化的工艺
CN105081700A (zh) * 2015-09-08 2015-11-25 清华大学深圳研究生院 一种金属模具用的圆柱形配件加工方法及系统
US20160122889A1 (en) * 2013-06-17 2016-05-05 Muhr Und Bender Kg Producing a product from a flexible rolled strip material
CN207841090U (zh) * 2017-09-07 2018-09-11 大丰市申达机械制造有限公司 一种抛丸清理机用抛丸器
CN210255755U (zh) * 2019-07-11 2020-04-07 湖南科技大学 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202079494U (zh) * 2011-03-18 2011-12-21 大丰市龙城铸造机械有限公司 履带自动式抛丸清理机
US20160122889A1 (en) * 2013-06-17 2016-05-05 Muhr Und Bender Kg Producing a product from a flexible rolled strip material
CN103586783A (zh) * 2013-11-08 2014-02-19 山东开泰抛丸机械有限公司 抛丸器的新型双支承结构
CN104195322A (zh) * 2014-09-02 2014-12-10 清华大学深圳研究生院 电致塑性与超声滚压耦合进行金属材料表面强化处理方法
CN104531979A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 清华大学深圳研究生院 一种电脉冲和超声耦合实现金属表面晶粒细化的工艺
CN105081700A (zh) * 2015-09-08 2015-11-25 清华大学深圳研究生院 一种金属模具用的圆柱形配件加工方法及系统
CN207841090U (zh) * 2017-09-07 2018-09-11 大丰市申达机械制造有限公司 一种抛丸清理机用抛丸器
CN210255755U (zh) * 2019-07-11 2020-04-07 湖南科技大学 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
梁炳文: "机械加工工艺图集", 北京航空航天大学出版社, pages: 10 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111705197A (zh) * 2020-08-12 2020-09-25 华南理工大学 高频脉冲电流与喷丸复合的金属表面强化装置及方法
CN111893278A (zh) * 2020-08-12 2020-11-06 华南理工大学 脉冲电流与喷丸耦合的金属材料表面强化装置及方法
CN113046531A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 武汉理工大学 一种原位电脉冲提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
CN113046532A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 武汉理工大学 一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
CN113046532B (zh) * 2021-03-10 2022-12-06 武汉理工大学 一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
CN114032382A (zh) * 2021-11-10 2022-02-11 中国航发北京航空材料研究院 一种脉冲磁场强化钛合金板材的设备
CN114032382B (zh) * 2021-11-10 2023-01-13 中国航发北京航空材料研究院 一种脉冲磁场强化钛合金板材的设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110253449A (zh) 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置和方法
CN210255755U (zh) 一种高频脉冲电流辅助的表面喷丸强化加工装置
CN110468265A (zh) 一种深孔超声振动冲击强化装置及方法
CN103817413B (zh) 一种铜基合金轴瓦耐磨层的制备方法
US20100040471A1 (en) Method of manufacturing a turbine rotor
CN113046531B (zh) 一种原位电脉冲提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
CN212735640U (zh) 一种抛丸机的工件夹持机构
CN102459670A (zh) 耐疲劳的铸造钛合金物品
CN113046532B (zh) 一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
WO2022233085A1 (zh) 一种航发轴承内圈超声冲击表面纳米强化装置及方法
US20180209281A1 (en) Bladed disc and method of manufacturing the same
EP3513903B1 (en) Fan blade of a gas turbine engine
CN111705197A (zh) 高频脉冲电流与喷丸复合的金属表面强化装置及方法
CN102909660A (zh) 一种喷丸强化装置
CN102586557A (zh) 击打加速金属圆球撞击表面纳米化的装置
EP2540977A2 (en) Method of improving fatigue strength in a fan blade and corresponding fan blade
US6244492B1 (en) Cover for a component surface
CN103831525B (zh) 电器开关用铝棒与铜环摩擦焊装置及方法
CN104878176B (zh) 棒状金属材料表面自纳米化装置
CN107119243B (zh) 基于超声辅助搅拌摩擦加工实现结构内壁纳米化的方法
CN1075604C (zh) 泵和制造该泵的方法
US20240075587A1 (en) Component and method of manufacturing thereof
CN104057055B (zh) 双金属止推滑动轴承毛坯制备方法及所用工装
CN111975297A (zh) 一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺
CN110714188A (zh) 一种表面纳米化高能离子注渗复合处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190920

RJ01 Rejection of invention patent application after publication