CN110695610A - 一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置 - Google Patents
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Abstract
一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，包括机架组件和一端固定在机架组件底部上表面的升降机构，以及固定在机架组件上部区域中心处的棒料旋转机构，且所述机架组件的顶部还设置有滚压机构，所述滚压机构位于棒料旋转机构的圆周外侧，且滚压机构与棒料旋转机构的轴心重合。本发明将滚压加工技术与电流相结合，在加工的棒料表层发生塑性变形过程中施加电流，改善了棒料的成形能力，降低了流动应力，加工棒料表层获得梯度纳米结构，棒料的硬度、强度和耐磨性得到进一步提高，工件的综合性能得到能够进一步提升，有效延长使用寿命，并且本发明结构简单，能够在很大程度上降低生产成本，具有非常理想的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及滚压加工实现金属材料表层纳米化及电流辅助成形领域，尤其涉及一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置。
背景技术
目前，金属材料表面形成纳米化的方法有：表面机械研磨处理方法、滚压方法、表面机械碾压方法。滚压加工就是利用滚压刀具对工件表面施加一定的压力，工件表面反复产生强烈的塑形变形，从而达到表层晶粒细化的目的，能够有效地提高材料的强度和硬度。同时，工件的耐磨性能得到改善，提高了工件的疲劳强度。滚压加工是一种无切屑的塑形加工方法，但是，普通的滚压加工方法可能使工件表面形成纳米晶体结构，但不能使工件表面形成梯度纳米结构，只是获得变形组织和亚微米尺寸晶粒，细化的深度较小，工件的强度和硬度提高了，而塑形和韧性下降了，工件表面的光洁度也不够好，材料性能的提升有限。限制了纳米结构材料的应用和发展，纳米化处理之后时间越长，材料的抗腐蚀能力也会随之下降，使用寿命降低，成为越来越多技术人员亟待解决的问题。为了适应现代制造业的需求，在降低生产成本同时也要提高工件表面质量，越来越多的开发人员选择电流辅助成形，应用于机械加工制造业中。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种应用电流辅助成形技术与滚压加工技术相结合，利用电流辅助成形的电致塑形效应，提高工件的塑性成形能力，降低工件的流动应力，以解决普通的滚压加工工件表层无法获得梯度纳米化结构以及单球滚压和单轮滚压容易使工件变形等问题的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，所述装置包括机架组件和一端固定在机架组件底部上表面的升降机构，以及固定在机架组件上部区域中心处的棒料旋转机构，且所述机架组件的顶部还设置有滚压机构，所述滚压机构位于棒料旋转机构的圆周外侧，且滚压机构与棒料旋转机构的轴心重合。
所述机架组件包括凹形固定板和分别设置在凹形固定板上端部四角上方的竖向导轨，及设置在凹形固定板下表面四角的底座，以及四角分别与竖向导轨滑动连接的矩形工作台，所述凹形固定板上表面中部区域设置有若干立柱，所述立柱的上端部之间固定有圆环架，且所述矩形工作台中部区域设置有与立柱位置和大小对应的限位孔。
所述升降机构包括设置在凹形固定板上表面四角内侧的涡轮箱和分别与涡轮箱连接的竖向丝杠，以及分别设置在前后两侧涡轮箱之间的传动组件，所述丝杠的上端部分别穿过矩形工作台上对应设置的限位孔，且所述丝杠与矩形工作台下表之间通过套筒连接。
所述棒料旋转机构包括设置在矩形工作台上表面中部区域的矩形绝缘板和固定安装在绝缘板上表面且圆周外侧设置有接线柱的法兰盘，及转动连接在法兰盘上表面的过渡盘，以及固定安装在过渡盘上表面的四爪卡盘，所述过渡盘轴心处通过传动轴和锥齿轮与电机连接，且该与过渡盘连接的传动轴采用绝缘轴，所述电机由安装在矩形工作台下表面的限位箱进行固定。
所述滚压机构包括与四爪卡盘的卡爪相对应的气缸和安装在气缸活塞杆前端部的刀具，所述刀具的前端内部安装有硬质合金球，所述气缸的后端部通过绝缘件固定安装在圆形架的上表面，且所述气缸的前端螺母上设置有接线柱。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提出的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，将滚压加工技术与电流相结合，刀具与工件之间通过电流，在加工的棒料表层发生塑性变形过程中施加电流的一种工艺方法；改善了棒料的成形能力，降低了流动应力，加工棒料表层获得梯度纳米结构，棒料的硬度、强度和耐磨性得到进一步提高，工件的综合性能得到了提高，使用寿命延长。而且每个气缸活塞杆上连接的刀具呈圆周均布在加工棒料四周，在加工时，棒料受力均匀，从而不易产生变形，棒料表层的光洁度进一步得到提高，并且该发明设备简单，能够在很大程度上降低生产成本。
附图说明
图1是本发明所提出的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置一个实施例的结构示意图；
图2是图1的侧视结构示意图；
图3是图1中机架组件的结构示意图；
图4是图1中升降机构的结构示意图；
图5是图1中棒料旋转机构的结构示意图；
图6是图5中矩形绝缘板的结构示意图；
图7是图5中法兰盘的结构示意图；
图8是图5中过渡盘的结构示意图；
图9是图5中四爪卡盘的结构示意图；
图10是图1中滚压机构的结构示意图；
图11是图10中气缸的结构示意图；
图12是图11中接线柱的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
参见图1和图2，给出了本发明所提出的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置的一个实施例的具体结构。该装置包括机架组件1、升降机构2、棒料旋转机构3和滚压机构4。
参见图3，所述机架组件1包括凹形固定板11和分别设置在凹形固定板11上端部四角上方的竖向导轨12，及设置在凹形固定板11下表面四角的底座13，以及四角分别与竖向导轨12滑动连接的矩形工作台14，该矩形工作台14可沿着竖向导轨12进行上下平移运动，所述凹形固定板11的上表面中部区域焊接有若干立柱15，本实施例中，所述立柱15设置有均匀分布的四根，且每根立柱15的顶端均位于同一个圆的圆周上，所述立柱15的上端部之间固定有圆环架16，且所述矩形工作台11中部区域设置有与立柱15位置和大小对应的限位孔17，所述立柱15穿过限位孔17承接圆环架16，通过螺栓或螺钉将圆环架16固定在立柱15上。
参见图4，所述升降机构2包括固定连接在在凹形固定板11上表面四角内侧的四组涡轮箱21和分别与涡轮箱21上端部输出端连接的四组竖向丝杠22，以及分别设置在前后两侧涡轮箱21输入端之间的传动组件23，所述涡轮箱21的连接端均设置有端盖211，所述丝杠22的上端部分别穿过矩形工作台11上对应设置的限位孔18，且所述丝杠22与矩形工作台14下表之间通过套筒24连接，在丝杠22的作用下，可实现矩形工作台14的上下平移；本实施例中，所述传动组件23包括通过传动轴236和联轴器235连接在左侧两个涡轮箱21输入端之间的第一齿轮箱231和连接在右侧两个涡轮箱21输入端之间的第二齿轮箱232，以及通过传动轴236连接在第一齿轮箱231和第二齿轮箱232输入端之间的第三齿轮箱233，且所述第三齿轮箱233的输入端连接有电机234；蜗轮箱内部为蜗轮蜗杆传动结构，齿轮箱内为齿轮传动结构，电机234的输出端与第三齿轮箱233的输入端通过传动轴236连接，电机234启动，带动齿轮箱，通过齿轮箱和蜗轮箱带动丝杠22，实现丝杠22的升降，通过套筒24带动矩形工作台14进行上下的平移。
参见图5至图9，所述棒料旋转机构3包括固定连接在矩形工作台14上表面中部区域的矩形绝缘板31和固定安装在矩形绝缘板31上表面的法兰盘32，所述法兰盘32的圆周外侧固定连接有接线柱33，该接线柱33均外接至电源的零线负极，本实施例中，所述接线柱33设置有四个，且均匀的分布在法兰盘32的圆周外侧，及转动连接在法兰盘32上表面的过渡盘34，以及固定安装在过渡盘34上表面的四爪卡盘35，所述过渡盘34轴心处通过竖向和横向的传动轴36与电机38的输出端相连接，且两根传动轴36的端部通过两个锥齿轮37啮合连接，且所述传动轴36采用的是绝缘轴，所述矩形绝缘板31、法兰盘32和过渡盘34的轴心处均设置有供传动轴36穿过的通孔，所述电机38由安装在矩形工作台14下表面的限位箱39进行固定，在电机38的驱动下，可通过传动轴36和锥齿轮37带动过渡盘34旋转进而带动四爪卡盘35进行转动，所述棒料5由四个卡爪351固定夹持，可随着四爪卡盘35进行旋转。
参见图10和图11，所述滚压机构4包括与四爪卡盘35的卡爪351相对应的气缸41和安装在气缸活塞杆42前端部的刀具43，所述刀具43的前端内部安装有硬质合金球44，所述气缸41的后端部通过绝缘件45固定安装在圆环架16的上表面，所述绝缘件45由固定连接在圆环架16上表面的横向固定板和连接在气缸41后端部与横向固定之间的竖向固定板构成，且所述气缸41的前端六角螺母46上设置有接线柱47，该接线柱47均外接至电源的火线正极。
参见图12，本实施例中，所述接线柱47包括柱体471和设置在柱体471内部的螺柱472，以及一端与螺柱472相连接的导线473，所述螺柱472的上端部设置有旋帽474，且所述导线473与螺柱472连接端的上下两侧均通过垫片475和螺母476进行夹持固定。
本发明在使用时，通过底座13将装置固定在地面上，将待加工的棒料5固定夹持在卡爪351内，同时通过控制四个气缸41的活塞杆42，将每个刀具43上的硬质合金球44接触加工棒料5的表面，并压入一定深度，每个气41上的接线柱47外接电源火线正级，法兰盘32上的四个接线柱33外接电源零线负极，连接电源，与加工的棒料5形成一个闭合回路，从而在加工棒料上通过电流，由于设有矩形绝缘板31和绝缘件45，在矩形工作台14表面和圆环架16表面是不带电的。此时，控制电机开启，矩形工作台14下表面固定的电机38运转，实现棒料5的转动；而另一个电机234启动后，控制着矩形工作台14的上下平移，从而实现了加工棒料5的上下移动和转动，硬质合金球44在旋转的棒料5表面进行滚动，在加工棒料5表面产生塑性变形，一段时间后完成对棒料5的加工后，应首先将电源断开，再关闭电机，最后将棒料取下，防止工作人员触电。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，其特征在于：所述装置包括机架组件和一端固定在机架组件底部上表面的升降机构，以及固定在机架组件上部区域中心处的棒料旋转机构，且所述机架组件的顶部还设置有滚压机构，所述滚压机构位于棒料旋转机构的圆周外侧，且滚压机构与棒料旋转机构的轴心重合。
2.根据权利要求1所述的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，其特征在于：所述机架组件包括凹形固定板和分别设置在凹形固定板上端部四角上方的竖向导轨，及设置在凹形固定板下表面四角的底座，以及四角分别与竖向导轨滑动连接的矩形工作台，所述凹形固定板上表面中部区域设置有若干立柱，所述立柱的上端部之间固定有圆环架，且所述矩形工作台中部区域设置有与立柱位置和大小对应的限位孔。
3.根据权利要求2所述的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，其特征在于：所述升降机构包括设置在凹形固定板上表面四角内侧的涡轮箱和分别与涡轮箱连接的竖向丝杠，以及分别设置在前后两侧涡轮箱之间的传动组件，所述丝杠的上端部分别穿过矩形工作台上对应设置的限位孔，且所述丝杠与矩形工作台下表之间通过套筒连接。
4.根据权利要求2所述的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，其特征在于：所述棒料旋转机构包括设置在矩形工作台上表面中部区域的矩形绝缘板和固定安装在绝缘板上表面且圆周外侧设置有接线柱的法兰盘，及转动连接在法兰盘上表面的过渡盘，以及固定安装在过渡盘上表面的四爪卡盘，所述过渡盘轴心处通过传动轴和锥齿轮与电机连接，且该与过渡盘连接的传动轴采用绝缘轴，所述电机由安装在矩形工作台下表面的限位箱进行固定。
5.根据权利要求2或4所述的一种实现棒料表层梯度纳米化的电流辅助滚压加工装置，其特征在于：所述滚压机构包括与四爪卡盘的卡爪相对应的气缸和安装在气缸活塞杆前端部的刀具，所述刀具的前端内部安装有硬质合金球，所述气缸的后端部通过绝缘件固定安装在圆形架的上表面，且所述气缸的前端螺母上设置有接线柱。
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