CN114196811A - 一种表面超声强化设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面超声强化设备及方法，涉及超声强化领域。一种表面超声强化设备，包括：机体、液压泵和超声装置；所述液压泵与所述超声装置相连接，所述液压泵用于为所述超声装置施加载荷力；所述超声装置包括：共同设置的超声撞针冲击组件和超声滚压头，用于对待强化工件进行强化处理。本发明实施例中所提供的一种表面超声强化设备及方法，能够提高强化零件表层和次表层的残余应力场和表层硬度，进一步提高零部件的疲劳寿命。
Description
技术领域
本申请涉及超声强化领域，尤其是涉及一种表面超声强化设备及方法。
背景技术
目前，为了避免接触零部件和关键零件在接触运行过程中的表面磨损和表面疲劳失效，提高零部件疲劳寿命，满足机器整机同寿命的需求，有必要对零件进行表面强化处理。
但是，目前的强化处理设备不能同时满足表面强化硬度高、残余压应力大以及表面质量良好的需求。因此，亟需一种表面超声强化设备，提高强化零件表层和次表层的残余应力场和表层硬度，进一步提高零部件的疲劳寿命。
在公告号为CN108480913A的专利文献公开了一种多用途超声滚压、冲击设备，该设备包括车身，螺纹杆，光杆，操纵杆，溜板，溜板箱，导条，尾座，卡盘，手柄，升降系统，超声冲击枪，盖板，夹具。该设备的优点在于：不仅可以对圆柱状构件进行超声滚压处理，还能对板状构件进行表面滚压和冲击，并且都可以自动完成冲击和滚压，操作工人不用再手持超声冲击枪，降低工人劳动强度，保证加工精度。但是，该设备没有详细说明超声冲击和超声滚压的装置。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种表面超声强化设备及方法，能够提高强化零件表层和次表层的残余应力场和表层硬度，进一步提高零部件的疲劳寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种表面超声强化设备，包括：机体、液压泵和超声装置；所述液压泵与所述超声装置相连接，所述液压泵用于为所述超声装置施加载荷力；所述超声装置包括：共同设置的超声撞针冲击组件和超声滚压头，用于对待强化工件进行强化处理。
在一些实施例中，所述超声装置还包括：超声发生装置；所述超声撞针冲击组件和所述超声滚压头共同设置于所述超声发生装置；所述超声发生装置用于为所述超声撞针冲击组件和所述超声滚压头提供超声脉冲。
在一些实施例中，所述超声装置还包括：加热装置；所述超声撞针冲击组件和所述超声滚压头分别通过所述加热装置设置于所述超声发生装置。
在一些实施例中，所述超声撞针冲击组件由多个高硬度撞针环形排列组合而成。
在一些实施例中，还包括：光学表面质量监测装置，用于采集所述待强化工件的表面信息。
在一些实施例中，所述表面信息包括表面粗糙度以及三维形貌质量。
在一些实施例中，所述光学表面质量监测装置与所述超声装置通过连接件连接固定。
在一些实施例中，还包括：控制系统，所述超声装置和所述光学表面质量监测装置均与所述控制系统相连接，所述控制系统用于作为所述表面超声强化设备的显示与输入终端。
在一些实施例中，所述机体包括：设置于所述机体的装夹回转装置，用于固定所述待强化工件。
本发明的一些实施例还提供了一种表面超声强化方法，采用如上任一项所述的表面超声强化设备，所述方法包括：将待强化工件固定于机体；利用超声撞针冲击组件对所述待强化工件进行超声冲击；利用超声滚压头对所述待强化工件进行超声滚压。
本发明提供的一种表面超声强化设备，在对待强化工件进行强化处理时，首先，通过超声撞针冲击组件对待强化工件进行超声冲击，在待强化工件的表面形成凹坑，然后，再通过超声滚压头对待强化工件进行超声滚压，待强化工件在受到超声滚压头的滚压作用下，将超声撞针冲击组件冲击的凹坑得到有效光整，使得待强化工件表层和次表层的残余应力场和表层硬度进一步强化，进而提高待强化工件的表面质量，提高零部件的疲劳寿命。
本发明提供的一种表面超声强化设备，能够一次完成超声冲击和超声滚压，在温控强化环境中，能够在保证强化效果的前提下，显著提高能量的利用率，降低能源浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程等的限制。
图1为根据本公开一些实施例中的表面超声强化设备的结构图；
图2为根据本公开一些实施例中的超声装置的局部结构图；
图3为根据本公开一些实施例中的表面超声强化设备的另一种结构图；
图4为根据本公开一些实施例中的一种表面超声强化方法的流程图；
图5为根据本公开一些实施例中的表面超声强化设备的强化方法步骤；
图6为根据本公开一些实施例中的表面超声强化方法复合强化的零件表面效果示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本公开一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例性实施例”、“示例”或“一些示例”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
本发明实施例提供一种表面超声强化设备，如图1所示，包括：机体1、液压泵2和超声装置3。
在一些实施例中，如图1所示，机体1包括：设置于机体1的装夹回转装置11，用于固定待强化工件4。
如图1所示，上述待强化工件4通过装夹回转装置11的夹持机构固定于机体1上，通过机体1中的驱动电机能够带动装夹回转装置11转动，在装夹回转装置11转动的情况下，进而带动待强化工件4同步转动。
在一些实施例中，如图1所示，液压泵2与超声装置3相连接，液压泵2用于为超声装置3施加载荷力。
上述液压泵2以液压油为介质，为超声装置3施加载荷力，避免由于气体分子之间的间距较大，在施加载荷力的压缩过程中导致浮动过大，进而引起整个系统发生颤振效应，影响待强化工件4的加工表面质量。
在一些实施例中，如图2所示，超声装置3包括：共同设置的超声撞针冲击组件31和超声滚压头32，用于对待强化工件4进行强化处理。
本发明提供的一种表面超声强化设备，在对待强化工件4进行强化处理时，首先，通过超声撞针冲击组件31对待强化工件4进行超声冲击，在待强化工件4的表面形成凹坑，然后，再通过超声滚压头32对待强化工件4进行超声滚压，待强化工件4在受到超声滚压头32的滚压作用下，将超声撞针冲击组件31冲击的凹坑得到有效光整，使得待强化工件4表层和次表层的残余应力场和表层硬度进一步强化，进而提高待强化工件4的表面质量，提高零部件的疲劳寿命。
本发明提供的一种表面超声强化设备，能够一次完成超声冲击和超声滚压，在温控强化环境中，能够在保证强化效果的前提下，显著提高能量的利用率，降低能源浪费。
在一些实施例中，如图2所示，超声撞针冲击组件31由多个高硬度撞针环形排列组合而成。
这样，使得超声撞针冲击组件31的压强相对较大，可以引起显著的塑性变形，能够产生较大的残余应力场和表层硬度，使得待强化工件4出现撞针冲击的凹坑，从而降低强化零件的表面质量。
在一些实施例中，如图2所示，超声装置3还包括：超声发生装置33，超声撞针冲击组件31和超声滚压头32共同设置于超声发生装置33，超声发生装置33用于为超声撞针冲击组件31和超声滚压头32提供超声脉冲。
在一些示例中，如图2所示，超声装置3还包括：加热装置34，超声撞针冲击组件31和超声滚压头32分别通过加热装置34设置于超声发生装置33。也就是说，加热装置34设置有两个，超声撞针冲击组件31通过其中一个加热装置34设置于超声发生装置33，超声滚压头32通过另一个加热装置34设置于超声发生装置33。
上述加热装置34能够通过外部温控开关进行温度控制，通过加热装置34将温度变化区间设置为室温到200℃，能够使得待强化工件4表层材料发生软化效应，降低变形阻力，提高待强化工件4的强化层深度和加工效率。这样，能够避免将待强化工件4进行整体加热和二次加热，可以减少能源浪费，减少碳排放量。
在一些实施例中，如图1所示，表面超声强化设备还包括：光学表面质量监测装置5，用于采集待强化工件4的表面信息。
在一些示例中，表面信息包括表面粗糙度以及三维形貌质量。
这样，通过光学表面质量监测装置5，能够在对待强化工件4进行强化处理的过程中，对表面加工质量进行在线实时监测，及时获取表面质量参数，并根据获取结果实施调节表面超声冲击、超声滚压、温度等参数，保证强化效果和表面质量达到最优的状态。
在一些实施例中，如图1所示，光学表面质量监测装置5与超声装置3通过连接件连接固定。这样能够使得光学表面质量监测装置5和超声装置3同步运动，以便于在对待强化工件4进行强化处理后，及时采集待强化工件4的表面信息。
在一些实施例中，如图1所示，表面超声强化设备还包括：控制系统6，超声装置3和光学表面质量监测装置5均与控制系统6相连接，控制系统6用于作为表面超声强化设备的显示与输入终端。
示例性的，可以通过控制系统6对加热装置34进行温度控制，实现温控参数的输入，同时也可以显示加热装置34的实时温度，实现温控参数的反馈。
另外，控制系统6也可以显示光学表面质量监测装置5采集到的待强化工件4的表面信息。例如，显示待强化工件4的表面粗糙度及三维形貌质量等表面信息，将实时获取的信息及时反馈在控制系统6，在一定程度上使得设备具备智能化。
本发明提供的一种表面超声强化设备，如图1和3所示，可以对径向表面进行强化处理，也可对端面进行强化处理。
本发明的一些实施例提供一种表面超声强化方法，采用如上任一项实施例所述的表面超声强化设备，如图4所示，所述方法包括：S100～S300。
S100，将待强化工件4固定于机体1。
此处，机体1的结构，可以参照上述一些实施例中对机体1结构的说明，此处不再赘述。
S200，利用超声撞针冲击组件31对待强化工件4进行超声冲击。
通过超声撞针冲击组件31在待强化工件4的表面产生较深的硬化层和较大的残余压应力场。
S300，利用超声滚压头32对待强化工件4进行超声滚压。
通过超声滚压头32在待强化工件4的表面进行进一步强化硬化层和残余应力场，利用超声滚压头32的光整效应改善待强化工件4的表面质量，同时避免强化层与基体材料结合力不足的问题。
本发明实施例提供的一种表面超声强化方法，利用超声冲击-超声滚压的复合强化方法处理待强化工件4，使得零部件表层和次表层的残余应力场和表层硬度显著提高，并且能够大幅度地提高待强化工件4的疲劳性能和耐磨性能。
如图5所示，在利用本发明的表面超声强化设备进行强化处理前，首先，将待强化工件4固定于装夹回转装置11，启动设备电源开关，通过液压泵3设置合适的静态压力，设置超声撞针冲击组件31和超声滚压头32的超声频率和超声振幅，同时在控制系统6中设置加热参数和表面质量参数，参数设置完成后，运行系统，使超声装置沿待强化工件4的强化方向运动，待强化工件4先通过超声撞针冲击组件31完成超声冲击处理，然后再通过超声滚压头32完成超声滚压处理，然后，通过光学表面质量监测装置5实时监测待强化工件4的表面质量参数是否达到要求，若达到要求，则强化处理结束；若没有达到要求，则再次进行超声滚压处理，直到达到要求。
如图6所示，图6展示了采用上述方法进行表面超声强化的零件表面效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种表面超声强化设备，其特征在于，
包括：机体、液压泵和超声装置；
所述液压泵与所述超声装置相连接，所述液压泵用于为所述超声装置施加载荷力；
所述超声装置包括：共同设置的超声撞针冲击组件和超声滚压头，用于对待强化工件进行强化处理。
2.如权利要求1所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
所述超声装置还包括：超声发生装置；
所述超声撞针冲击组件和所述超声滚压头共同设置于所述超声发生装置；所述超声发生装置用于为所述超声撞针冲击组件和所述超声滚压头提供超声脉冲。
3.如权利要求3所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
所述超声装置还包括：加热装置；
所述超声撞针冲击组件和所述超声滚压头分别通过所述加热装置设置于所述超声发生装置。
4.如权利要求1所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
所述超声撞针冲击组件由多个高硬度撞针环形排列组合而成。
5.如权利要求1所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
还包括：光学表面质量监测装置，用于采集所述待强化工件的表面信息。
6.如权利要求5所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
所述表面信息包括表面粗糙度以及三维形貌质量。
7.如权利要求5所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
所述光学表面质量监测装置与所述超声装置通过连接件连接固定。
8.如权利要求5所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
还包括：控制系统，所述超声装置和所述光学表面质量监测装置均与所述控制系统相连接，所述控制系统用于作为所述表面超声强化设备的显示与输入终端。
9.如权利要求1所述的一种表面超声强化设备，其特征在于，
所述机体包括：设置于所述机体的装夹回转装置，用于固定所述待强化工件。
10.一种表面超声强化方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的表面超声强化设备，所述方法包括：
将待强化工件固定于机体；
利用超声撞针冲击组件对所述待强化工件进行超声冲击；
利用超声滚压头对所述待强化工件进行超声滚压。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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