CN117564611A - 一种对称梯度纳米结构平板的加工设备及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称梯度纳米结构平板的加工设备及加工方法，包括箱体，箱体的两侧均设置有机架；机架上设置有十字滑台和工作台；十字滑台由上滑台和下滑台十字交叉组成；下滑台由第一驱动装置、滑块和第一底座组成；第一底座安装在机架上；第一底座设置有第一凹槽，滑块安装在第一凹槽内，第一驱动装置用于驱动滑块在第一凹槽内滑动；上滑台由第二驱动装置、滑座和第二底座组成；滑块上连接第二底座；第二底座上安装有滑座；第二驱动装置用于驱动滑座在第二底座上滑动；第二底座连接牵引机构；牵引机构上、下两端面均设置有加工装置；工作台上设置有装夹装置。本发明可以实现横向和纵向两个方向的运动，不会出现过加工或未加工的情况，且加工精度高。
Description
技术领域
本发明属于梯度纳米加工技术领域，尤其涉及一种对称梯度纳米结构平板的加工设备及加工方法。
背景技术
本发明计完成一套完整的加工试验设备。现阶段在板材表面制备梯度纳米结构普遍采用的是表面机械研磨技术(SMAT)，制备方式类似于喷丸加工，对应的装置不仅结构笨重，而且价格昂贵，很难在工业生产中得到普及。近年来，又有研究者开发出新的加工刀具采用表面机械碾磨技术(SMRT)在板材表面加工出梯度纳米结构层，在静压力的作用下，一排排自由转动的工具顶端,随压头的旋转在样品表面以转速进行快速滚压，而试验样品以速率在水平方向上来回移动,对材料表面进行塑性变形处理。以上两种加工方式在加工过程中，只能对板材的一面进行梯度纳米化。而本发明设计完成的加工实验设备通过表面机械碾磨技术(SMRT)可对薄板样品双面同时制备出梯度纳米结构层，并能够实现预期的表面强化效果，形成实验研究与理论分析二合一的工程技术。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种对称梯度纳米结构平板的加工设备及加工方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种对称梯度纳米结构平板的加工设备，包括箱体，所述箱体的两侧均设置有机架；所述机架上设置有十字滑台和工作台；所述十字滑台由上滑台和下滑台十字交叉组成；所述下滑台由第一驱动装置、滑块和第一底座组成；所述第一底座安装在所述机架上；所述第一底座设置有第一凹槽，所述滑块安装在第一凹槽内，所述第一驱动装置用于驱动所述滑块在所述第一凹槽内滑动；所述上滑台由第二驱动装置、滑座和第二底座组成；所述滑块上连接所述第二底座；所述第二底座上安装有所述滑座；所述第二驱动装置用于驱动所述滑座在所述第二底座上滑动；所述第二底座连接牵引机构；所述牵引机构上、下两端面均设置有加工装置；所述工作台上设置有装夹装置。
进一步地，所述机架设置有第一导轨；所述第一导轨上安装有十字滑台和工作台。
进一步地，所述牵引机构设置有油管接口和加工装置接口。
进一步地，第一驱动装置和第二驱动装置均由伺服驱动器、电机、联轴器和滚珠丝杠依次连接组成；
所述第一驱动装置中的滚珠丝杠连接所述滑块；所述第二驱动装置中的滚珠丝杠连接所述滑座。
进一步地，所述滑座设置有若干条第二导轨；所述第二导轨上安装有所述牵引机构。
进一步地，所述工作台设置有若干条第三导轨；所述第三导轨上安装有所述装夹装置。
进一步地，所述装夹装置由支架和定位板组成；所述支架和定位板之间通过螺栓连接固定平板试样；所述支架安装在所述第三导轨上。
进一步地，所述加工装置包括气压缸、活塞杆和滚压刀具；所述牵引机构连接气压缸；所述气压缸设置有活塞杆；所述活塞杆连接滚压刀具；所述气压缸设置有气管接口；所述气管接口用于连接气瓶。
进一步地，所述滚压刀具包括硬质合金球、刀身、第一端盖和滚动支撑钢球；所述刀身设有限位孔；所述限位孔内放置有硬质合金球；所述刀身内设置有滚动支撑钢球；所述滚动支撑钢球通过限位孔与硬质合金球接触；设有开口的第一端盖将硬质合金球包裹，所述硬质合金球伸出于第一端盖的开口。
本发明还提供了一种基于上述加工设备的加工方法，包括：
(1)通过装夹装置固定平板试样；
(2)通过十字滑台调整滚压刀具至初始加工位置；
(3)设置滚压速度、进给量、总进给量和初始加工气压参数；使下滑台带动上滑台，上滑台带动牵引机构移动，牵引机构带动加工装置进行纵向移动，完成一道工序的加工，下滑台停止运动；其中，设置初始加工气压使两端的滚压刀具分别接触平板试样的两面；
(4)控制上滑台带动牵引机构移动，牵引机构带动加工装置进行横向移动，到指定位置时停止，然后调整加工气压；
(5)重复步骤(3)和步骤(4)，直至完成所需要的滚压道次。
本发明的有益效果是：由于采用了双压头滚压装置，加工后薄板样品双面可同时实现梯度纳米化。伺服电机运动精度可以达到1微米，在误差允许范围内可保证每个道次的加速部分以及减速部分在相同位置。并且可以实现加工头进行横向和纵向两个方向的运动，不会出现过加工或未加工的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种对称梯度纳米结构平板加工设备结构示意图；
图2为本发明实施例中的十字滑台结构示意图；
图3为本发明实施例中的牵引机构及连接在其上的加工装置结构示意图；
图4为本发明实施例中的加工装置的正面示意图；
图5为本发明实施例中的对应图4的剖面D-D示意图；
图6为本发明实施例中的装夹装置结构示意图；
图7为本发明实施例中的滚压刀具示意图；
图8为本发明实施例的一种对称梯度纳米结构平板加工设备的实物图；
图9为本发明实施例的工作示意图；
图10为本发明对称梯度纳米结构平板加工设备的滚压件的性能图；图中横坐标的标准化深度为距离表面的深度和加工后平板厚度的比值；
图11为本发明平板类金属材料表面形成纳米梯度组织图。
其中，箱体1，机架2，十字滑台3，工作台4，装夹装置5，加工装置6，牵引机构7，平板试样8，第一导轨21，第一底座31，第一凹槽311，滑块32，第二底座33，滑座34，第二导轨341，伺服驱动器301，电机302，联轴器303，滚珠丝杠304，第三导轨41，支架51，定位板52，气压缸61，活塞杆62，O型圈621，滚压刀具63，硬质合金球631，刀身632，第一端盖633，滚动支撑钢球634。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
本发明的一种对称梯度纳米结构平板加工设备，如图1所示，包括箱体1，所述箱体1的两侧均设置有机架2；所述机架2上设置有十字滑台3和工作台4；所述十字滑台3由上滑台和下滑台十字交叉组成；所述下滑台由第一驱动装置、滑块32和第一底座31组成；所述第一底座31安装在所述机架2上；所述第一底座31设置有第一凹槽311，所述滑块32安装在第一凹槽311内，所述第一驱动装置用于驱动所述滑块32在所述第一凹槽311内滑动；所述上滑台由第二驱动装置、滑座34和第二底座33组成；所述滑块32上连接所述第二底座33；所述第二底座33上安装有所述滑座34；所述第二驱动装置用于驱动所述滑座34在所述第二底座33上滑动；所述第二底座33连接牵引机构7；所述牵引机构7上、下两端面均设置有加工装置6；所述工作台4上设置有装夹装置5。
在一实施例中，如图1所示，所述机架2设置有第一导轨21；所述第一导轨21上安装有十字滑台3和工作台4；十字滑台3和工作台4可以在第一导轨21上滑动，便于调整十字滑台3和工作台4之间的距离。
在一实施例中，如图2所示，所述滑座34设置有若干条第二导轨341；所述第二导轨341上安装有所述牵引机构7。
在一实施例中，如图3所示，所述牵引机构7设置有油管接口71；具体的，油管接口71为一通孔；其中，油管接口71上端连接有油缸，下端连接有油管，在机械滚压加工时朝平板试样8表面喷洒冷却油以消除加工过程中产生的热量。
在一实施例中，如图5所示，所述加工装置6包括气压缸61、活塞杆62和滚压刀具63；所述牵引机构7连接气压缸61；所述气压缸61设置有活塞杆62；所述活塞杆62连接滚压刀具63。
在一实施例中，如图5所示，气压缸61和活塞杆62之间用过橡胶圈进行密封，且活塞杆62上部设有圆形槽，用于安装O型圈621，进行二次密封。
在一实施例中，如图3和图4所示，所述牵引机构7设置有两个对称的加工装置接口图中未给出；具体的，加工装置接口为一通孔；加工装置接口72用于连接加工装置6，加工装置接口的上端通过螺纹连接第二端盖64，下端通过螺纹连接气压缸61；第二端盖64连接气管的一端，同时气管另一端连接有气瓶，气瓶内的高压气体用于加工时使滚压刀具和样品发生紧密接触。
在一实施例中，如图1和图2所示，第一驱动装置和第二驱动装置均由伺服驱动器301、电机302、联轴器303和滚珠丝杠304依次连接组成。所述第一驱动装置中的滚珠丝杠连接所述滑块32；所述第二驱动装置中的滚珠丝杠连接所述滑座34。第一驱动装置驱动所述滑块32在所述第一凹槽311内滑动，而滑块32连接所述第二底座33，即滑块32带动上滑台移动，上滑台带动牵引机构7移动，牵引机构7带动加工装置6进行纵向移动；第二驱动装置驱动所述滑座34在所述第二底座33上滑动，滑座34带动牵引机构7移动，牵引机构7带动加工装置6进行横向移动；即实现加工装置6进行横向和纵向两个方向的运动，以加工平板试样8上的任意位置。
在一实施例中，如图6所示，所述装夹装置5由两个支架51和两个定位板52组成；所述支架51和定位板52之间通过螺栓连接固定平板试样8；所述支架51安装在所述第三导轨41上。
在一实施例中，如图6所示，所述工作台4设置有若干条第三导轨41；所述第三导轨41上安装有所述装夹装置5，装夹装置5的支架51可以在第三导轨41上滑动，结合平板试样8的大小，调整两个支架51之间的距离。
在一实施例中，如图7所示，左侧的图为滚压刀具63的正面示意图，右侧为剖面A-A示意图；所述滚压刀具63包括硬质合金球631、刀身632、第一端盖633和滚动支撑钢球634；所述刀身632设有限位孔；所述限位孔内放置有硬质合金球631；所述刀身632内设置有滚动支撑钢球634；所述滚动支撑钢球634通过限位孔与硬质合金球631接触；设有开口的第一端盖633将硬质合金球631包裹，所述硬质合金球631伸出于第一端盖633的开口。具体的，刀身632前端为半圆形凸台，其作用是防止硬质合金球与表面挤压产生的反作用力过大而损伤刀具；限位孔设置在半圆形凸台的中间，使得硬质合金球631与表面挤压产生的反作用力对凸台左右两侧受力均匀；硬质合金球631是工作件，强韧性等力学性能优异；滚动支撑钢球634的作用是使得硬质合金球631在加工过程中可以滚动，且使得与其刀具间的摩擦阻力减小。其中，硬质合金球为WC/Co硬质合金球。
本发明设备的工作流程：调整所需气瓶内的气压，使加工装置6与平板试样8紧密接触，电脑通过程序控制使单片机一端口产生电平变化，单片机在接收到此信号后发出控制指令传递到下滑台的伺服驱动器，在接收到单片机的控制指令后，下滑台的伺服驱动器通过动力线缆驱动电机，电机通过联轴器带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠通过滑块32带动上滑台，上滑台带动牵引机构7移动，牵引机构7带动加工装置6进行纵向移动，完成一道工序的加工。在完成所需加工距离且加工到平板试样8末端时，电脑通过程序控制使单片机一端口产生电平变化，单片机在接收到此信号后发出控制指令，下滑台的伺服驱动器停止驱动，上滑台的伺服驱动器通过动力线缆驱动电机，电机通过联轴器带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠带动滑座34运动，滑座34带动牵引机构移动7，牵引机构7带动加工装置6开始横向运动，到指定位置时停止。然后电脑通过程序控制单片机的方式，继续实现加工装置6的左右往复运动，直至将平板试样8的一面加工完毕。最后，再次调整气瓶内所需气压，重复上述操作继续加工。
本发明还提供了一种基于上述加工设备的加工方法，包括：
(1)通过装夹装置固定平板试样；
具体的，平板试样为7mm厚的316L不锈钢；
(2)通过十字滑台调整滚压刀具至初始加工位置；
(3)设置滚压速度V1＝108mm/s，每道次进给量：ΔS＝0.04mm，总进给量S1＝0.24mm，初始加工气压：0.4MPa；使下滑台带动上滑台，上滑台带动牵引机构移动，牵引机构带动加工装置进行纵向移动，完成一道工序的加工，下滑台停止运动；其中，设置初始加工气压使两端的滚压刀具分别接触平板试样的两面；
(4)控制上滑台带动牵引机构移动，牵引机构带动加工装置进行横向移动ΔS，到指定位置时停止，然后再次调整加工气压(具体为，每道次增压0.3MPa)；
具体如何调整加工气压，可根据实际加工要求进行调整，在一实施例中，可以每道次增压0.3MPa。
(5)重复步骤(3)和步骤(4)，直至达到总进给量，完成加工。
在步骤(3)中还可以设置纵向移动距离这个参数。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种对称梯度纳米结构平板的加工设备，其特征在于，包括箱体(1)，所述箱体(1)的两侧均设置有机架(2)；所述机架(2)上设置有十字滑台(3)和工作台(4)；所述十字滑台(3)由上滑台和下滑台十字交叉组成；所述下滑台由第一驱动装置、滑块(32)和第一底座(31)组成；所述第一底座(31)安装在所述机架(2)上；所述第一底座(31)设置有第一凹槽(311)，所述滑块(32)安装在第一凹槽(311)内，所述第一驱动装置用于驱动所述滑块(32)在所述第一凹槽(311)内滑动；所述上滑台由第二驱动装置、滑座(34)和第二底座(33)组成；所述滑块(32)上连接所述第二底座(33)；所述第二底座(33)上安装有所述滑座(34)；所述第二驱动装置用于驱动所述滑座(34)在所述第二底座(33)上滑动；所述第二底座(33)连接牵引机构(7)；所述牵引机构(7)上、下两端面均设置有加工装置(6)；所述工作台(4)上设置有装夹装置(5)。
2.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述机架(2)设置有第一导轨(21)；所述第一导轨(21)上安装有十字滑台(3)和工作台(4)。
3.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述牵引机构(7)设置有油管接口(71)和加工装置接口(72)。
4.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，第一驱动装置和第二驱动装置均由伺服驱动器(301)、电机(302)、联轴器(303)和滚珠丝杠(304)依次连接组成；
所述第一驱动装置中的滚珠丝杠连接所述滑块(32)；所述第二驱动装置中的滚珠丝杠连接所述滑座(34)。
5.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述滑座(34)设置有若干条第二导轨(341)；所述第二导轨(341)上安装有所述牵引机构(7)。
6.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述工作台(4)设置有若干条第三导轨(41)；所述第三导轨(41)上安装有所述装夹装置(5)。
7.根据权利要求7所述的加工设备，其特征在于，所述装夹装置(5)由支架(51)和定位板(52)组成；所述支架(51)和定位板(52)之间通过螺栓连接固定平板试样8；所述支架(51)安装在所述第三导轨(41)上。
8.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述加工装置(6)包括气压缸(61)、活塞杆(62)和滚压刀具(63)；所述牵引机构(7)连接气压缸(61)；所述气压缸(61)设置有活塞杆(62)；所述活塞杆(62)连接滚压刀具(63)；所述气压缸(61)设置有气管接口；所述气管接口用于连接气瓶。
9.根据权利要求1所述的加工设备，其特征在于，所述滚压刀具(63)包括硬质合金球(631)、刀身(632)、第一端盖(633)和滚动支撑钢球(634)；所述刀身(632)设有限位孔；所述限位孔内放置有硬质合金球(631)；所述刀身(632)内设置有滚动支撑钢球(634)；所述滚动支撑钢球(634)通过限位孔与硬质合金球(631)接触；设有开口的第一端盖(633)将硬质合金球(631)包裹，所述硬质合金球(631)伸出于第一端盖(633)的开口。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述加工设备的加工方法，其特征在于，包括：
(1)通过装夹装置固定平板试样；
(2)通过十字滑台调整滚压刀具至初始加工位置；
(3)设置滚压速度、进给量、总进给量和初始加工气压参数；使下滑台带动上滑台，上滑台带动牵引机构移动，牵引机构带动加工装置进行纵向移动，完成一道工序的加工，下滑台停止运动；其中，设置初始加工气压使两端的滚压刀具分别接触平板试样的两面；
(4)控制上滑台带动牵引机构移动，牵引机构带动加工装置进行横向移动，到指定位置时停止，然后调整加工气压；
(5)重复步骤(3)和步骤(4)，直至完成所需要的滚压道次。
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| CN202311819479.7A CN117564611A (zh) | 2023-12-27 | 2023-12-27 | 一种对称梯度纳米结构平板的加工设备及加工方法 |
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| CN202311819479.7A CN117564611A (zh) | 2023-12-27 | 2023-12-27 | 一种对称梯度纳米结构平板的加工设备及加工方法 |
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| CN117564611A true CN117564611A (zh) | 2024-02-20 |
Family
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Family Applications (1)
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| CN202311819479.7A Pending CN117564611A (zh) | 2023-12-27 | 2023-12-27 | 一种对称梯度纳米结构平板的加工设备及加工方法 |
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-
2023
- 2023-12-27 CN CN202311819479.7A patent/CN117564611A/zh active Pending
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