CN111181344A - 摆动式表面显微冷锻装置 - Google Patents

Abstract

一种摆动式表面显微冷锻装置，包括：磁场生成装置、限位装置以及转子，其中：带有线圈的转子与机架之间设有复位装置，磁场生成装置、转子和待处理工件依次设置，对转子上的线圈通入电流，电流与磁场生成装置产生的磁场相互作用产生安培力，使得转子转动并作用于待处理工件实现加工。本发明利用限位装置迅速改变冲击速度方向，减少能量损失，提高冲击频率，冲击头的锤击方向垂直于伸出轴方向，拓展了显微冷锻装置的应用范围。

Description

摆动式表面显微冷锻装置

技术领域

本发明涉及的是一种冷锻领域的技术，具体是一种摆动式表面显微冷锻装置。

背景技术

在新的生产方法和高性能制造技术的发展中，对提高制造部件的表面完整性和增强其功能性能的需求已成为驱动力。表面显微冷锻技术是一种新型的表面处理技术，与喷丸等类似技术相比，其可以保证整个加工区域的冲击强度是均匀的，且无需专用设备，可直接作为刀具安装在机床上，在不改变工件装夹的情况下完成对其加工。现有通过电磁场进行显微冷锻的技术，但其执行机构振动方式为轴向振动，振动方向多沿伸出轴轴向，适用于加工零件表面法线方向无遮挡的部分，对于其他特征如腔体侧壁、整体叶盘叶片等表面则不适用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种摆动式表面显微冷锻装置，冲击头的锤击方向沿伸出轴径向，拓展了显微冷锻装置的应用范围；利用限位装置迅速改变冲击速度方向，减少能量损失，提高冲击频率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：设置于机架上的磁场生成装置和限位装置以及位于磁场生成装置内的转子，其中：带有线圈的转子与机架之间设有复位装置，磁场生成装置、转子和待处理工件依次设置，对转子上的线圈通入电流，电流与磁场生成装置产生的磁场相互作用产生安培力，使得转子转动并作用于待处理工件实现加工。

所述的转子包括：线圈骨架、设置于线圈骨架上的所述线圈以及工作端，所述复位装置具体位于线圈骨架与机架之间，该复位装置使得壳体上的工作端在线圈内无电流保持在初始位置，便于装置的定位。

所述的工作端包括但不限于带有冲击头的输出轴。

所述的复位装置为扭转弹簧。

所述的限位装置为固定设置的挡块，使得转子与磁场生成装置之间的相对位置保持在预设范围内，并在转子撞击到限位块时迅速改变转子的转动方向。

所述的表面显微冷锻装置上进一步设有分别与机架以及所述线圈相连的控制模块，该控制模块包括：运动控制单元和交流变频电源单元，其中：用于控制装置的整体运动的运动控制单元为与机架相连的机械臂或者机床，交流变频电源单元与所述线圈相连并提供不同频率、幅值的交流电压输入。

技术效果

本发明整体解决了零件表面处理，包括但不限于诱导残余压应力，增加表层硬度，降低表面粗糙度，表面织构加工的技术问题；

与喷丸等类似技术相比，其可以保证整个加工区域的冲击强度是均匀的，且无需专用设备，可直接作为刀具安装在机床上，在不改变工件装夹的情况下完成对其加工；与现有横向振动显微冷锻技术相比，冲击头的锤击方向垂直于伸出轴方向，拓展了显微冷锻装置的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为未缠绕线圈的转子结构示意图；

图3～图5为实施例1工步流程示意图；

图6为实施例1的应用示意图；

图中：1行程限位、2初始限位、3限位轴、4线圈骨架、5线圈、6磁场、7永磁体、8磁轭、9滚动轴承、10回复扭簧、11输出轴，12冲击头、13工件、14冲程。

具体实施方式

实施例1

传统的执行机构振动方式为轴向振动，振动方向沿伸出轴轴向，适用于加工零件表面法线无遮挡的部分，对于其他特征如腔体侧壁、整体叶盘叶片等表面，由于冲击头无法触及而不再适用，本实施例提出一种摆动式振动的显微冷锻装置，冲击头的锤击方向沿伸出轴径向，拓展了显微冷锻装置的应用范围。

如图1所示，本实施例涉及的摆动式表面显微冷锻装置包括：作为磁场生成装置的永磁体7和磁轭8、限位装置以及转子，其中：磁场生成装置与限位装置均与机架固定，带有线圈5的转子与机架之间设有作为复位装置的回复扭簧10，磁场生成装置、转子和待处理工件13依次设置。

所述的转子包括：依次相连的限位轴3、线圈骨架4、线圈5、输出轴11和冲击头12。

所述的冲击头12为球形结构的硬质合金。

所述的永磁体7也可以由电磁体实现。

所述的磁轭8及线圈骨架4均采用软磁材料制成，永磁体7、磁轭8及线圈骨架4三者共同作用下在线圈5周围产生如图1所示的磁场6，通电线圈在磁场的作用下受到安培力作用，安培力沿竖直方向，且左右两侧线圈受到的安培力方向相反，使得转子受到转动力矩而发生转动。

本装置的行程为转子从初始限位2转动到行程限位1时冲击头位移大小，装置在初始位置时，若冲击头与工件之间的距离即冲程14大于装置行程，则转子在初始限位2与行程限位1之间振动，不与工件发生作用，此状态为空载状态；若冲击头与工件之间的距离即冲程14小于装置行程，则转子在初始限位2与工件之间振动，此状态为加工状态。

本装置静止时，在回复扭簧23的预紧扭矩作用下，转子保持在图示位置。加工状态，线圈两端施加一定频率和幅值的正弦交变电压，线圈内产生交变电流，整个线圈受到交变的转动力矩，当力矩为顺时针方向时，转子开始顺时针转动直至冲击头与工件接触，如图3所示，受到工件的阻力及反弹力，转子减速为零然后反向转动，直至接触到初始限位2，转子同样经历减速为零及反向加速过程，再次向工件方向冲击，如此循环往复，当选定的参数匹配时，转子同样会进入平衡状态。空载状态，转子在初始限位2(图1)和行程限位1(图4)两个位置往复振动。

当选定的参数匹配时，转子逐渐进入平衡状态，平衡状态时，冲击头以恒定的冲击强度及频率冲击材料表面，其频率等于交变电压频率。启动过程中，电磁力的作用是激发振动，使转子获得初速度；而平衡状态中，电磁力起到了补偿冲击过程中系统能量损失的作用。

所述的平衡状态，通过选定的参数匹配，包括电压、频率、冲击头直径、冲击头与材料初始距离、材料性能等，上述参数并不是一一对应的，每个参数均可在限定的范围内取值，所述的参数不仅影响转子是否能够进入平衡状态，也影响最终得到的材料表面的性能，包括粗糙度、残余应力、表面层硬度等性能。

该装置可以置于机械臂或者机床上，使装置沿着预设的轨迹以一定的进给速度及覆盖率对整个被加工表面进行冲击，实现被加工表面的表面改性。通过改变电压幅值及频率、冲击头直径、冲程、进给速度、覆盖率等参数可以使零件表面达到不同的改性效果。通过改变伸出轴的结构可以从不同方向对零件表面进行加工，如图5所示。

针对薄壁型工件，可使用两个末端安装本装置的机械臂，从工件13的两侧同时对工件进行冲击，避免工件产生过大变形，同时，工件两个面同时被加工，提高了加工效率，如图6所示。

与现有横向振动显微冷锻技术相比，冲击头的锤击方向垂直于伸出轴轴向，拓展了显微冷锻装置的应用范围。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种摆动式表面显微冷锻装置，其特征在于，包括：设置于机架上的磁场生成装置和限位装置以及位于磁场生成装置内的转子，其中：带有线圈的转子与机架之间设有复位装置，磁场生成装置、转子和待处理工件依次设置，对转子上的线圈通入电流，电流与磁场生成装置产生的磁场相互作用产生安培力，使得转子转动并作用于待处理工件实现加工；

所述的转子包括：转子包括：线圈骨架、设置于线圈骨架上的所述线圈以及工作端，所述复位装置具体位于线圈骨架与机架之间，该复位装置使得壳体上的工作端在线圈内无电流保持在初始位置。

2.根据权利要求1所述的摆动式表面显微冷锻装置，其特征是，所述的工作端包括带有冲击头的输出轴。

3.根据权利要求1所述的摆动式表面显微冷锻装置，其特征是，所述的复位装置为扭转弹簧。

4.根据权利要求1所述的摆动式表面显微冷锻装置，其特征是，所述的限位装置为固定设置的挡块，使得转子与磁场生成装置之间的相对位置保持在预设范围内，并在转子撞击到限位块时迅速改变转子的转动方向。

5.根据权利要求1所述的摆动式表面显微冷锻装置，其特征是，进一步设有分别与机架以及所述线圈相连的控制模块，该控制模块包括：运动控制单元和交流变频电源单元，其中：用于控制装置的整体运动的运动控制单元为与机架相连的机械臂或者机床，交流变频电源单元与所述线圈相连并提供不同频率、幅值的交流电压输入。

6.根据权利要求2所述的摆动式表面显微冷锻装置，其特征是，所述的冲击头为球形结构的硬质合金。

7.根据权利要求1所述的摆动式表面显微冷锻装置，其特征是，所述的磁轭及线圈骨架均采用软磁材料制成，永磁体、磁轭及线圈骨架三者共同作用下在线圈周围产生磁场，通电线圈在磁场的作用下受到安培力作用，安培力沿竖直方向，且左右两侧线圈受到的安培力方向相反，使得转子受到转矩而发生转动。

8.根据权利要求1所述的摆动式表面显微冷锻装置，其特征是，所述的加工包括：空载状态、加工状态、初始状态和平衡状态，其中：

在初始位置时，当冲击头与工件之间的距离即冲程大于装置行程，则转子在初始限位与行程限位之间振动，不与工件发生作用，此状态为空载状态；

当冲击头与工件之间的距离即冲程小于装置行程，则转子在初始限位与工件之间振动，此状态为加工状态，线圈两端施加正弦交变电压以产生交变电流，整个线圈受到交变的转动力矩，当力矩为顺时针方向时，转子开始顺时针转动直至冲击头与工件接触，受到工件的阻力及反弹力，转子减速为零然后反向转动，直至接触到初始限位，转子同样经历减速为零及反向加速过程，再次向工件方向冲击，如此循环往复；

当选定的参数匹配时，转子逐渐进入平衡状态，平衡状态时，冲击头以恒定的冲击强度及频率冲击材料表面，其频率等于交变电压频率。

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