CN110497280A - 一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置 - Google Patents

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Abstract

一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，本发明涉及一种金属表面晶粒细化装置。所述X轴工作台和Y轴工作台分别通过丝杠和联轴器与步进电机相连接，通过步进电机带动丝杠旋转从而分别带动X轴工作台和Y轴工作台的移动，所述Z轴立柱上安装滚珠丝杠，角磨机通过工装1和工装2与滚珠丝杠副相连接，通过高精度滚珠丝杠控制角磨机在Z轴方向的运动，针对金属表面晶粒细化问题，本发明装置采用高速旋转丝对金属表面进行形变处理，探索该实验工艺对金属表面晶粒的细化效果，本发明装置可实现X、Y、Z三自由度上的连续位置调整，精度高，调节方便。

Description

一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置
技术领域
本发明涉及一种金属表面形变得到表面晶粒细化的装置领域，具体为一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置。
背景技术
随着金属材料的广泛使用和飞速发展,各种后续深加工工艺对金属组织提出了严格的要求，细化晶粒是提高材料性能的一种有效手段，晶粒细化既能提高材料的强度,又能提高材料塑性,同时也能显著提高其力学性能。细化晶粒是控制金属材料组织的最重要、最基本的方法，目前人们采用了许多办法细化金属的晶粒。细化晶粒的方法按照细化手段可以分为物理和化学两大类，物理方法主要包括形变处理细化法、物理场细化、快速冷却法、机械物理细化法；化学方法可分为添加细化剂与添加变质剂方法。
形变处理细化：利用各种塑性变形工艺，如挤压、轧制、锻造等，在加工过程中，通过温度、应变、应变速率等参数的配合，利用再结晶或者相变来控制变形态晶粒的尺寸。
物理场细化：脉冲电流可有效地促进金属液生核，超声波处理、高能超声波处理合金熔体使得合金晶粒细化、组织均匀化，这主要是声空化效应和声流效应共同作用的结果。
快速冷却法：在液态金属结晶时，提高冷却速度，增大过冷度，来促进自发形核，晶核数量愈多，则晶粒愈细。
机械物理细化法：机械搅拌，机械振动化学方法，包括添加细化剂和添加变质剂两种方法。添加细化剂(也称孕育剂)通过增加外来晶核使晶粒细化；添加变质剂是通过加入变质剂合金的共晶组织形态或者第二相的形态来实现细化。
变质处理：在金属结晶时，有目的地在液态金属中加入某些杂质，作为外来晶核，进行非自发形核，以达到细化晶粒的目的。
由于传统的机械变形方法制备微米晶材料往往受工件尺寸的限制,不能获得很大等效塑性变形量，为了突破总应变量限制，很多不改变工件形状而获得大变形量的方法被开发出来,并得到了越来越多的关注。
迄今为止,利用超声喷丸、超音速微粒轰击、表面机械研磨处理、旋转辊压塑性变形和高速旋转丝塑性变形等工艺,成功地对包括纯铁、铜、低碳钢、奥氏体不锈钢和有色金属等多种金属进行表面纳米化，其中,一些制备方法由于设备的限制，不能在工程上广泛的应用。高速旋转丝变形法能在平板金属表面连续进行，不受材料尺寸的影响，将具有较好的工业应用价值。
因此提出如下设想：高速旋转丝形变处理下的金属表面晶粒细化会存在不同之处。采用高速旋转丝变形工艺对低碳钢表面进行塑性变形，以实现材料表面纳米化。用光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计和表面粗糙度测量仪等研究塑性变形处理后样品的显微组织及表面性变化。
发明内容
针对上述设想，以研究高速旋转丝变形工艺对金属表面晶粒细化的影响为重点，本发明公开一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，包括底座、X轴工作台、X轴丝杠、X轴联轴器、X轴步进电机、Y轴工作台、Y轴丝杠、Y轴联轴器、Y轴步进电机、轨道、角磨机、高速旋转丝、U型螺栓、工装1、工装2、立柱、Z轴滚珠丝杠、摇杆。其特征在于：所述底座加工燕尾槽，X轴工作台通过燕尾槽安装在底座上，X轴工作台安装有丝杠，所述X轴步进电机固定在底座上，丝杠和X轴步进电机通过联轴器相连，X轴工作台上端加工燕尾槽，Y轴工作台通过燕尾槽与X轴工作台相连接，Y轴工作台安装有丝杠，所述Y轴步进电机通过轨道安装在底座上，丝杠与Y轴工作台通过联轴器相连接，Y轴工作台上端面加工有T型槽，所述角磨机通过U型螺栓、工装1和工装2与滚珠丝杠副相连接，角磨机固定在U型螺栓内，工装2安装在滚珠丝杠副上，U型螺栓和工装2通过工装1相连接，所述滚珠丝杠副安装在立柱上，立柱上端安装丝杠，丝杠上端安装摇杆。所述立柱固定在底座上，角磨机安装高速旋转丝。
作为优化，所述X轴工作台和Y轴工作台分别通过丝杠和联轴器与步进电机相连接，通过步进电机带动丝杠旋转从而分别带动X轴工作台和Y轴工作台的移动，使得工件精确定位，所述Y轴步进电机通过轨道可以与Y轴工作台一起沿X轴方向匀速移动，X、Y轴工作台在步进电机带动下可以沿X轴和Y轴匀速移动并自动换向，使得高速旋转丝可以对工件进行更有效的处理，从而使工件表面处理的更加均匀，且所述Y轴工作台上加工有T型槽，工件可以通过工装固定在工作台上，保持稳固。
作为优化，所述Z轴立柱上安装滚珠丝杠，角磨机通过工装1和工装2与滚珠丝杠副相连接，通过高精度滚珠丝杠控制角磨机在Z轴方向的运动，从而可以精确控制金属旋转丝对工件的压力，提高了金属表面处理的精度。
作为优化，所述角磨机通过U型螺栓固定，拆卸方便，在XY平面上可以自由旋转，便于加工各个角度的工件，增大了工件的处理范围，所述高速旋转丝可以更换。
作为优化，所述角磨机上的砂轮可以更换不同材质的高速旋转丝，能够成功地对包括纯铁、铜、低碳钢和有色金属等多种金属进行表面处理。
本发明的有益之处是，与现有技术相比：
在工作过程中，角磨机可以保持稳固不动，提高了工件表面的处理精度，且实现了工作台的自动化精确移动，工件在工作台的带动下可以实现二维平动，提高了设备自动化程度以及工件精确固定程度，增大了工件表面的处理面积，减小了工件尺寸的局限性。
X轴工作台和Y轴工作台通过丝杠和步进电机相连接，可以通过编程控制电机，以此来实现X轴工作台和Y轴工作台分别在X轴和Y轴上的精确移动。实现了工件的自动化处理，且工件表面处理的更加均匀，工作效率更高。
通过高精度的滚珠丝杠控制角磨机在Z轴方向的移动，通过转动摇杆带动丝杠旋转，实现角磨机沿Z轴的精确移动，可以精确控制金属旋转丝对工件的压力，提高金属表面处理的精度。
附图说明
图1是本发明实例的三维结构示意图；
图中：1.底座、2.X轴步进电机、3.X轴联轴器、4.X轴丝杠、5.X轴工作台、6.Y轴工作台、7.角磨机、8.U型螺栓、9.摇杆、10.Z轴滚珠丝杠、11.工装1、12.工装2、13.立柱、14.高速旋转丝、15.Y轴丝杠、16.Y轴联轴器、17.Y轴步进电机、18.轨道
具体实施方式
如图所示一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，包括底座(1)、X轴步进电机(2)、X轴联轴器(3)、X轴丝杠(4)、X轴工作台(5)、Y轴工作台(6)、角磨机(7)、U型螺栓(8)、摇杆(9)、Z轴滚珠丝杠(10)、工装1(11)、工装2(12)、立柱(13)、高速旋转丝(14)、Y轴丝杠(15)、Y轴联轴器(16)、Y轴步进电机(17)、轨道(18)。其特征在于：所述底座(1)加工燕尾槽，X轴工作台(5)通过燕尾槽安装在底座(1)上，X轴工作台(5)安装有丝杠(4)，所述X轴步进电机(2)固定在底座(1)上，丝杠(4)和X轴步进电机(2)通过联轴器(3)相连，X轴工作台(5)上端加工燕尾槽，Y轴工作台(6)通过燕尾槽与X轴工作台(5)相连接，Y轴工作台(6)安装有丝杠(15)，所述Y轴步进电机(17)通过轨道(18)安装在底座(1)上，丝杠(15)与Y轴工作台(6)通过联轴器(16)相连接，Y轴工作台(6)上端面加工有T型槽，所述角磨机(7)通过U型螺栓(8)、工装1(11)和工装2(12)与滚珠丝杠副相连接，角磨机(7)固定在U型螺栓(8)内，工装2(12)安装在滚珠丝杠副上，U型螺栓(8)和工装2(12)通过工装1(11)相连接，所述滚珠丝杠副安装在立柱(13)上，立柱(13)上端安装丝杠(10)，丝杠(10)上端安装摇杆(9)。所述立柱(13)固定在底座(1)上，角磨机(7)安装高速旋转丝(14)。
作为优化，所述X轴工作台和Y轴工作台分别通过丝杠和联轴器与步进电机相连接，通过步进电机带动丝杠旋转从而分别带动X轴工作台和Y轴工作台的移动，使得工件精确定位，X、Y轴工作台在步进电机带动下可以沿X轴和Y轴匀速移动并自动换向，使得高速旋转丝可以对工件进行更有效的处理。从而使工件表面处理的更加均匀，且所述Y轴工作台上加工有T型槽，工件可以通过工装固定在工作台上，保持稳固。
作为优化，所述Z轴上安装丝杠，角磨机通过工装1和工装2与滚珠丝杠副相连接，滚珠丝杠副通过丝杠与摇杆相连接，通过转动摇杆带动丝杠旋转从而带动角磨机沿着Z轴移动，从而可以精确控制金属旋转丝对工件的压力，提高了金属表面处理的精度。
作为优化，所述角磨机通过U型螺栓固定，角磨机安装方向较为灵活，可加工各个角度的工件，增大了工件的处理范围，且角磨机拆卸方便，所述高速旋转丝可以更换。
作为优化，所述角磨机上的砂轮可以更换不同材质的高速旋转丝，能够成功地对包括纯铁、铜、低碳钢和有色金属等多种金属进行表面处理。
下面结合具体的实例对本发明做进一步的详细描述。
首先通过螺栓和垫片以及Y轴工作台(6)上的T型槽，将工件固定稳固，利用X轴步进电机(2)移动X轴工作台(5)，使得工件处理区域初步与高速旋转丝(14)对准，手动摇动摇杆(9)将角磨机(7)向下移动与工件轻微接触，再利用X轴步进电机(2)移动X轴工作台(5)，使得工件处理区域初步与高速旋转丝(14)进一步对准，然后利用Y轴步进电机(17)移动Y轴工作台(6)，使得工件待处理区域完全与高速旋转丝(14)对准，接着转动摇杆(9)将角磨机(7)继续下降，使得高速旋转丝(14)完全压紧工件待处理区域，对X轴步进电机(2)和Y轴步进电机(17)选择新程序，然后打开角磨机(7)开关以及步进电机开关进行试验。
工件处理结束之后，关掉角磨机(7)开关以及步进电机开关，转动摇杆(8)将角磨机(7)上升，打开X轴步进电机(2)和Y轴步进电机(17)将X轴工作台(5)外移，取下处理后的工件进行观察。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和试样，任何符合本发明权利要求书的一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，包括底座、X轴工作台、X轴丝杠、X轴联轴器、X轴步进电机、Y轴工作台、Y轴丝杠、Y轴联轴器、Y轴步进电机、轨道、角磨机、高速旋转丝、U型螺栓、工装1、工装2、立柱、Z轴滚珠丝杠、摇杆，其特征在于：所述底座加工燕尾槽，X轴工作台通过燕尾槽安装在底座上，X轴工作台安装有丝杠，所述X轴步进电机固定在底座上，丝杠和X轴步进电机通过联轴器相连，X轴工作台上端加工燕尾槽，Y轴工作台通过燕尾槽与X轴工作台相连接，Y轴工作台安装有丝杠，所述Y轴步进电机通过轨道安装在底座上，丝杠与Y轴工作台通过联轴器相连接，Y轴工作台上端面加工有T型槽，所述角磨机通过U型螺栓、工装1和工装2与滚珠丝杠副相连接，角磨机固定在U型螺栓内，工装2安装在滚珠丝杠副上，U型螺栓和工装2通过工装1相连接，所述滚珠丝杠副安装在立柱上，立柱上端安装丝杠，丝杠上端安装摇杆。所述立柱固定在底座上，角磨机安装高速旋转丝。
2.根据权利要求1所述的一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，其特征在于：所述X轴工作台和Y轴工作台分别通过丝杠和联轴器与步进电机相连接，通过步进电机带动丝杠旋转从而分别带动X轴工作台和Y轴工作台的移动，使得工件精确定位，所述Y轴步进电机通过轨道可以与Y轴工作台一起沿X轴方向匀速移动，X、Y轴工作台在步进电机带动下可以沿X轴和Y轴匀速移动并自动换向，使得高速旋转丝可以对工件进行更有效的处理，从而使工件表面处理的更加均匀，且所述Y轴工作台上加工有T型槽，工件可以通过工装固定在工作台上，保持稳固。
3.根据权利要求1所述的一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，其特征在于：所述Z轴立柱上安装滚珠丝杠，角磨机通过工装1和工装2与滚珠丝杠副相连接，通过高精度滚珠丝杠控制角磨机在Z轴方向的运动，从而可以精确控制金属旋转丝对工件的压力，提高了金属表面处理的精度。
4.根据权利要求1所述的一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，其特征在于：所述角磨机通过U型螺栓固定，拆卸方便，在XY平面上可以自由旋转，便于加工各个角度的工件，增大了工件的处理范围，所述高速旋转丝可以更换。
5.根据权利要求1所述的一种通过高速旋转丝形变处理细化金属表面晶粒的装置，其特征在于：所述角磨机上的砂轮可以更换不同材质的高速旋转丝，能够成功地对包括纯铁、铜、低碳钢和有色金属等多种金属进行表面处理。
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