CN206109466U - 一种低温辅助超声表面滚压强化装置 - Google Patents
一种低温辅助超声表面滚压强化装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206109466U CN206109466U CN201620485166.1U CN201620485166U CN206109466U CN 206109466 U CN206109466 U CN 206109466U CN 201620485166 U CN201620485166 U CN 201620485166U CN 206109466 U CN206109466 U CN 206109466U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surface rolling
- low temperature
- component
- rolling
- assisting ultrasonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本实用新型公开了一种低温辅助超声表面滚压强化装置，它由设有夹持把手的表面滚压构件、加载构件及加热构件组成，加载构件装在表面滚压构件尾端，于加载构件端面上依次安装弹簧、压力传感器、挡板、换能器、变幅杆，变幅杆经导向套安装一前端装有滚轮的滚压头；表面滚压构件外侧连接一超声波发声器；加热构件设有温控器、以及由其连接控制的加热丝。本实用新型利用超声滚压技术和低温加热处理相结合，在利用低温加热使材料软化的基础上，通过换能器将超声频电信号转换为超声机械振动,经变幅杆放大后，输出具有一定幅值的振动传递到滚压头上,实现了滚压头在滚压的过程中与工件间的高速振动,从而更好的细化工件表层材料晶粒，并产生了更大的压残余应力和高的表面硬度。
Description
技术领域
本实用新型属于表面加工技术领域，涉及一种表面滚压强化装置，具体涉及一种低温辅助超声表面滚压强化装置。
背景技术
作为表面强化技术中的一种，超声表面滚压可以有效的降低材料表面的粗糙度，提高材料的表面显微硬度，产生残余压应力，同时也可以改变材料表层的微观结构；从而可以有效的改善材料的耐磨性和抗疲劳性能。但是，仅仅的表面强化处理对材料表层性能的提高还是比较有限的。目前国内外都比较关注如何将表面强化处理技术和其他一些表面改性技术结合起来，例如有超声冲击+电火花，表面涂层+滚压处理，表面渗氮+滚压处理等；为的是在现有基础上，使材料表面性能获得较大幅度的提高，从而有效的改善材料的耐磨性和抗疲劳性能。
发明内容
针对现有表面强化技术中的问题和不足，本实用新型的目的在于提供一种低温辅助超声表面滚压强化装置和方法，该装置结构简单，操作方便，适用性强，它通过低温辅助加热和超声表面滚压强化的结合，来获得具有更好性能的表面改性层，解决了现有技术存在的上述问题
本实用新型公开了一种低温辅助超声表面滚压强化装置，所采用的技术方案是，它由设有夹持把手的表面滚压构件、加载构件及加热构件组成，所述加载构件装在表面滚压构件尾端，于加载构件端面上依次安装弹簧、压力传感器、挡板、换能器、变幅杆，所述变幅杆经导向套安装一前端装有滚轮的滚压头；所述表面滚压构件外侧连接一超声波发声器；所述的加热构件设有温控器、以及由其连接控制的加热丝。
本实用新型所述的低温辅助超声表面滚压强化装置，其特征还在于，
所述的滚压头上设有一个与滚轮轴孔联通的润滑孔。
所述的加热构件为一个能套装于加工工件外圆上两半圆构件，外部包覆有由硅酸铝纤维材料制作的保温层。
所述的滚轮为椭圆形滚柱，硬度为HRC 68～72，与被加工工件之间为线接触。
所述的温控器具有较好的控制精度，误差范围为±5℃。
本实用新型低温辅助超声表面滚压强化装置，利用超声滚压技术和低温加热处理相结合，使材料表面产生具有更好性能的改性层。通过换能器将超声频电信号转换为超声机械振动,经变幅杆放大后，输出具有一定幅值的振动,并传递到滚压头上,实现了滚压头在滚压的过程中与工件间的高速振动,将能量传于工件表面的改性层。低温辅助加热构件可以使被滚压材料软化，经超声滚压后可出现更大的塑性变形，更好的细化材料表层晶粒，产生更大的压残余应力和高的表面硬度。对于易氧化的材料，也可以将空气中的氧元素引入到材料表面，从而在材料表面形成一层薄的氧化层。使材料表面改性层具有更高的硬度，以及更好的耐磨性和抗疲劳性能。
附图说明
图1为本实用新型低温辅助超声表面滚压强化装置结构示意图；
图2为本实用新型低温辅助超声表面滚压强化装置滚压头结构示意图；
图3为没有利用本实用新型加热辅助超声滚压的材料截面SEM 图；
图4为利用本实用新型进行低温辅助超声表面滚压的材料截面SEM图；
图5为利用本实用新型进行低温辅助超声表面滚压的材料表层显微硬度图；
图6为利用本实用新型进行低温辅助超声表面滚压的材料表层残余应力图。
图中，1.表面滚压构件，2.加载构件，3.加热构件，4.弹簧，5.压力传感器，6.挡板，7.换能器，8.变幅杆，9.导向套，10.滚压头，11.滚轮，12.超声波发声器，13.温控器，14.加热丝，15.润滑孔，16.保温层，17.夹持把手。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
一种低温辅助超声表面滚压强化装置，如图1和图2所示，它由设有夹持把手17的表面滚压构件1、加载构件2及加热构件3组成，加载构件2装在表面滚压构件1尾端，于加载构件2端面上依次安装弹簧4、压力传感器5、挡板6、换能器7、变幅杆8，变幅杆8经导向套9安装一前端装有滚轮11的滚压头10，滚压头10上设有一个与滚轮11轴孔联通的润滑孔15；表面滚压构件1外侧连接一超声波发声器12。
本实用新型的加热构件3为一个能套装于加工工件外圆上两半圆构件，加热构件3设有温控器13、以及由其连接控制的加热丝14。外部包覆有由硅酸铝纤维材料制作的保温层16，温控器13具有较好的控制精度，误差范围为±5℃。
本实用新型所述的滚轮11为椭圆形滚柱，硬度为HRC 68～72，与被加工工件之间为线接触。
本实用新型超声滚压的加载构件2为超声振动提供负载，压力传感器5用于测量所加载荷的大小；压力传感器5与弹簧4相连，用于传递载荷和缓冲振动；换能器7用于将超声波发生器12产生的超声频电信号转换为超声机械振动，变幅杆8与滚压头10相连，超声振动经变幅杆8放大后，输出为滚压头10具有一定幅值的振动；滚压头10固定在变幅杆8前端，滚压头10上的滚轮11可以实现径向转动和轴向滑动的运动；滚压头10上设有一个与滚轮11轴孔联通的润滑孔15，用于添加耐热的润滑油。
本实用新型加热构件3为一个能套装于加工工件外圆上两半圆构件，置于滚压头10的前端，安装于床身导轨上；使用时套装在被加工工件上，加工工件与两半圆构件的加热构件3留有一定的间隙，不与材料接触，由一个智能的温控器13控制，对材料的加热主要由加热丝14实现，周围用硅酸铝纤维材料制作的保温层16保温。
在进行低温辅助超声滚压强化时，先将本实用新型超声表面滚压装置的表面滚压构件1通过其夹持把手17固定于机床进给刀架上，然后将工件装夹在机床卡盘上加紧固定，并将滚轮11和工件对中；再将装在机床上的加热构件3，套在被加工工件上，通过温控器13设定温度，当达到设定温度后，保温一段时间，通过加载构件2对表面滚压构件1施加滚压载荷，然后经滚压头10上的润滑孔15通入润滑油，之后即可进行超声滚压处理。整个过程中工件旋转，本实用新型低温辅助超声表面滚压强化装置做轴向运动。
实施例
以铸造的Ti-6Al-4V合金棒为加工对象，利用低温辅助超声表面滚压装置对材料的表面性能进行强化处理。
Ti-6Al-4V棒材经低温辅助超声表面滚压处理后，可得到一层较厚的表面改性层，且力学性能得到了较大改善。具体的参数如下：工件长为150mm，半径为50mm，主轴的转速为56rpm，轴向进给量为0.05mm/rev,加热温度为100℃，保温时间为半小时，润滑介质为耐高温润滑油，超声滚压的载荷为600N，滚压的方向为单向，在同一段材料滚压了2次。整个操作过程是在卧式机床上实现的。
图3为没有利用加热辅助的超声滚压材料截面的电子扫描显像图，图4为利用了本实用新型进行低温辅助超声表面滚压材料截面电子扫描显像图。通过比较，由图4可见，经过低温辅助超声表面滚压的材料具有较好的晶粒细化效果，较厚的变形层，且材料的变形程度明显大于前者，这说明低温辅助超声表面滚压处理使材料具有较好的表面改性层。
图5为采用低温辅助超声表面滚压的材料沿深度方向的显微硬度梯度图，可见低温辅助超声表面滚压的材料具有较高的表面显微硬度和较深的硬化层。由于钛合金为易氧化材料，在加温过程中将空气中的氧元素引入到材料表面，形成了一层具有较高硬度的薄氧化层，同时加热也使钛合金材料产生了一定的软化，所以经超声滚压后产生了较深的改性层。
图6为采用低温辅助超声表面滚压的材料沿深度方向的残余应力图，可见低温辅助超声表面滚压的材料具有较大的残余应力，且影响的深度较大。说明低温辅助超声表面滚压在材料表层产生了较大的塑性变形，且变形层的厚度较大。这对于提高材料的耐磨性和抗疲劳性能有很大的帮助。
相对于为常温的超声滚压加工，低温辅助的超声滚压加工后的材料表层具有较好的晶粒细化效果和较厚的变形层，且在同一温度和载荷下的两次超声滚压会增加晶粒细化的效果和变形层的厚度。
上述实施方式只是本实用新型的一个实例，不是用来限制实用新型的实施与权利范围，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本实用新型申请专利范围内。
Claims (5)
1.一种低温辅助超声表面滚压强化装置，其特征在于：它由设有夹持把手的表面滚压构件(1)、加载构件(2)及加热构件(3)组成，所述加载构件(2)装在表面滚压构件(1)尾端，于加载构件(2)端面上依次安装弹簧(4)、压力传感器(5)、挡板(6)、换能器(7)、变幅杆(8)，所述变幅杆(8)经导向套(9)安装一前端装有滚轮(11)的滚压头(10)；所述表面滚压构件(1)外侧连接一超声波发声器(12)；所述的加热构件(3)设有温控器(13)、以及由其连接控制的加热丝(14)。
2.根据权利要求1所述的低温辅助超声表面滚压强化装置，其特征在于，所述的滚压头(10)上设有一个与滚轮(11)轴孔联通的润滑孔(15)。
3.根据权利要求1所述的低温辅助超声表面滚压强化装置，其特征在于，所述的加热构件(3)为一个能套装于加工工件外圆上两半圆构件，外部包覆有由硅酸铝纤维材料制作的保温层(16)。
4.根据权利要求1所述的低温辅助超声表面滚压强化装置，其特征在于，所述的滚轮(11)为椭圆形滚柱，硬度为HRC68～72，与被加工工件之间为线接触。
5.根据权利要求1所述的低温辅助超声表面滚压强化装置，其特征在于：所述的温控器(13)具有较好的控制精度，误差范围为±5℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620485166.1U CN206109466U (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 一种低温辅助超声表面滚压强化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620485166.1U CN206109466U (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 一种低温辅助超声表面滚压强化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206109466U true CN206109466U (zh) | 2017-04-19 |
Family
ID=58509474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201620485166.1U Expired - Fee Related CN206109466U (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 一种低温辅助超声表面滚压强化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206109466U (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105838863A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-10 | 华南理工大学 | 一种低温辅助超声表面滚压强化装置和加工方法 |
| CN108405609A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-08-17 | 中南大学 | 一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法 |
| CN108715926A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-10-30 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 一种超声波冲击装置 |
| CN109048203A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-12-21 | 燕山大学 | 一种关节轴承超声振动滚压翻边固定装置 |
| CN110064890A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-30 | 河南理工大学 | 一种声液固耦合二维超声深滚加工装置 |
| CN111842530A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-30 | 安徽工程大学 | 一种高性能线材生产工艺方法及装置 |
| CN112210646A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-12 | 郑州大学 | 一种v型缺口圆柱形疲劳试样超声滚压强化装置 |
| CN112899454A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-04 | 上海交通大学 | 对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法 |
| WO2023138035A1 (zh) * | 2022-01-18 | 2023-07-27 | 武汉位错科技有限公司 | 一种高温碾压加工方法及其加工装置和应用 |
-
2016
- 2016-05-24 CN CN201620485166.1U patent/CN206109466U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105838863A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-10 | 华南理工大学 | 一种低温辅助超声表面滚压强化装置和加工方法 |
| CN108405609B (zh) * | 2018-02-26 | 2019-07-30 | 中南大学 | 一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法 |
| CN108405609A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-08-17 | 中南大学 | 一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法 |
| CN109048203A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-12-21 | 燕山大学 | 一种关节轴承超声振动滚压翻边固定装置 |
| CN108715926B (zh) * | 2018-06-15 | 2020-03-17 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 一种超声波冲击装置 |
| CN108715926A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-10-30 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 一种超声波冲击装置 |
| CN110064890A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-30 | 河南理工大学 | 一种声液固耦合二维超声深滚加工装置 |
| CN111842530A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-30 | 安徽工程大学 | 一种高性能线材生产工艺方法及装置 |
| CN111842530B (zh) * | 2020-07-06 | 2022-04-26 | 安徽工程大学 | 一种高性能线材生产工艺方法及装置 |
| CN112210646A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-12 | 郑州大学 | 一种v型缺口圆柱形疲劳试样超声滚压强化装置 |
| CN112210646B (zh) * | 2020-09-29 | 2022-06-28 | 郑州大学 | 一种v型缺口圆柱形疲劳试样超声滚压强化装置 |
| CN112899454A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-04 | 上海交通大学 | 对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法 |
| CN112899454B (zh) * | 2021-01-14 | 2022-03-18 | 上海交通大学 | 对金属工件施加弹性应力场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法 |
| WO2023138035A1 (zh) * | 2022-01-18 | 2023-07-27 | 武汉位错科技有限公司 | 一种高温碾压加工方法及其加工装置和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN206109466U (zh) | 一种低温辅助超声表面滚压强化装置 | |
| CN105838863A (zh) | 一种低温辅助超声表面滚压强化装置和加工方法 | |
| CN110076566A (zh) | 一种微铸锻铣磨原位复合的金属零件制造系统及方法 | |
| CN106180342A (zh) | 一种柔轮热旋压方法及装置 | |
| CN205497131U (zh) | 改善氧化膜质量的超声elid复合平面磨削系统 | |
| JPH0327289B2 (zh) | ||
| CN108393651A (zh) | 一种多场耦合锥面滚压加工的装置 | |
| CN103676773A (zh) | 振动控制器及其应用于深孔加工刀具系统的最优控制方法 | |
| CN110052779A (zh) | 轴类零件高性能表面复合强化方法 | |
| Yang et al. | Influences of vibration parameters on formability of 1060 aluminum sheet processed by ultrasonic vibration-assisted single point incremental forming | |
| Fazeli et al. | Statistical analysis of dimensional changes in thermomechanical tube-spinning process | |
| CN105666253A (zh) | 改善氧化膜质量的超声elid复合平面磨削系统及方法 | |
| CN110091129A (zh) | 大面积平面涂层复合强化方法 | |
| Shen et al. | Achieving high surface integrity of Fe-based laser cladding coating by optimized temperature field-assisted ultrasonic burnishing | |
| CN104259288B (zh) | 一种用于增厚圆盘形板坯轮缘的超声旋压装置及方法 | |
| CN202369614U (zh) | 液压油缸细长活塞杆表面纳米强化装置 | |
| CN102029513B (zh) | 一种轴承滚道的凸度修型方法 | |
| CN210132222U (zh) | 一种电辅助超声表面滚压强化装置 | |
| CN106734482A (zh) | 一种高强度高精度小锥角零件制造方法 | |
| Moriwaki | Development of 2DOF ultrasonic vibration cutting device for ultraprecision elliptical vibration cutting | |
| CN102019545B (zh) | 一种轴承滚道面的超精整方法 | |
| WO2016027205A1 (en) | An apparatus for and a method of turning difficult-to-cut alloys | |
| CN110331266A (zh) | 超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法及其专用装置 | |
| CN109304586A (zh) | 一种钨合金的强化工艺 | |
| Amini et al. | An Experimental Study on Ultrasonic-assisted Hot Incremental Sheet Metal Forming of Ti–6Al–4 V |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170419 Termination date: 20200524 |