[发明专利]可自动调控静压力的超声表面滚压加工反馈系统

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，特别涉及一种可自动调控静压力的超声表面滚压 加工反馈系统。

背景技术

机械零部件广泛地应用于船舶、车辆、桥梁、压力容器、海洋工程、航空航天、冶金、 电力等重要领域，然而这些重要的机械零部件和结构会因疲劳、蠕变、腐蚀、脆性断裂、磨损 等问题引起失效，其中疲劳损伤、腐蚀和磨损问题较常见。如由于提速，已使机械零部件疲 劳问题成为影响铁路行车安全和钢轨使用寿命的重要损伤机制，再如轧钢设备中冷轧辊接 触疲劳损伤问题迄今为止也没有得到妥善的解决，而损伤问题在那些存在动态接触摩擦的 机械装备中广泛存在并严重的影响它们的使用寿命。因此，研究提高机械零部件抗疲劳、磨 损和耐腐蚀性能的表面加工处理新方法，用于保护机械装备可靠地安全运行，延长其有效 服役寿命，防止其过早的失效，具有重要的经济和使用价值，有着广泛的应用前景。

超声表面滚压加工方法是新近的一种超声辅助加工技术，与传统的滚压工艺比 较，该方法在加工过程中工作头与零件表面摩擦力小，可以获得光洁度高、硬度大及耐磨 性、耐腐蚀性和抗疲劳性能强的优质材料表面。

在超声表面滚压加工过程中，静压力是影响超声表面滚压加工精度的一个较重要 因素，合适的静压力不仅可以降低滚压加工表面的粗糙度，还能有效的提高被加工表面的 硬度，耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度。但在实际的超声表面滚压加工过程中，静压力不能够 被准确的测量和控制，特别是在加工偏心轴类工件时，不能始终保证滚压过程中静压力的 恒定，从而导致被加工工件表面受力不均，这样就不利于材料表面的强化。当静压力较小 时，不能在材料表面产生塑性变形或塑形变形的深度较低，而当静压力过大时，较大的静压 力就会抑制滚压头做超声频的机械振动，使得滚压头与材料表面摩擦力增加，材料表面容 易出现脱落或划痕，从而使超声表面滚压失去应有的优势和效果。因此，急需一种能够精确 控制静压力的滚压加工反馈系统，特别是在超声滚压加工过程中保持静压力的恒定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可自动调控静压力的超声表面滚压加工反馈系统，能 够精确测量和控制超声表面滚压加工时的静压力，解决了在加工偏心轴类工件时无法保证 滚压加工过程中静压力的恒定，而使加工表面受力不均，表面强化效果不理想等问题，本发 明是在超声表面滚压装置基础上引入一种新的滚压加工反馈系统，从而实现对于静压力的 精确测量和自动化控制。具有操作简单、精确度高、运行平稳、可实现同步自动化控制的优 点，提高了超声表面滚压加工时工艺参数的稳定性和可控性。本发明是一种具有自我调节 的可在加工过程中精确控制静压力和保持静压力平衡的反馈系统。本发明在滚压轴类零件 时因轴类零件不可避免的存在偏心等加工误差，可通过此反馈系统保持静压力的恒定，从 而消除偏心等加工误差对于滚压形成的纳米晶表层粗糙度、组织均匀性及力学性能的有害 影响。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

可自动调控静压力的超声表面滚压加工反馈系统，通过导线与电源箱17相连，其特征 在于：压力传感器5通过紧固螺栓6固定在内套筒4的内套筒后盖14上，具有螺纹的轴头拧入 压力传感器5中心的螺孔内；电动推杆10通过两个螺母9固定在外套筒12的外套筒后盖11 上，前端与压力传感器5螺纹连接；内套筒4通过紧固螺钉15与外套筒12连接，超声波振动装 置3置于内套筒4内，所述超声波振动装置3由固定连接在一起的变幅杆2和换能器组成，变 幅杆2前端的中心处有半球形或半圆柱形凹槽；滚压头16通过内套筒4固定于超声波振动装 置3的前端；通过电动推杆10的伸缩使超声振动系统3做轴向运动，以产生静压力。

所述的换能器为压电陶瓷换能器。

所述的滚压头16为圆柱体或球体。

所述的电动推杆10是一种将电动机旋转运动转变为推杆直线往复运动的电力驱 动装置，由精密滚珠丝杆配合伺服马达组成，伺服马达上安装霍尔线路板，通过霍尔原理准 确反馈马达旋转圈数，以实现对推杆进行精确控制的目的，通过推杆的伸缩提供静压力。

所述的压力传感器5把压力信号转变成电信号，并把收集到的信号传递给PLC，以 此来调节加工时静压力的恒定。

所述的电源箱17上有压力显示器18、电源开关19、调零按钮20、压力调节旋钮21、 电流调节旋钮22、电流电压振幅显示器23，在滚压加工前进行调零，然后设定加工时所需的 静压力。