[发明专利]利用高频冲击技术优化金属表面性能的加工方法

说明书

本发明公开了一种利用高频冲击技术优化金属表面性能的加工方法，采用高频振动发生器产生高频振动，并通过换能器与变幅杆传递至滚珠，使滚珠产生高频的机械振动，滚珠在高频的机械振动作用下高速冲击加工工件表面，连续冲击后，加工工件的金属表面发生剧烈的塑性变形，从而改变了金属表面的微观形貌；通过高频冲击金属表面，实现了金属表面晶体的重塑，消除了金属表面晶体缺陷，提高了摩擦工作面的润滑性能与抗磨性能，有利于缩短磨合周期、降低润滑油损耗，提高产品寿命等，本发明还具有操作便捷、工艺简单等优点，加工后金属表面粗糙度质量较高，提高了加工效率，适合大规模的生产加工。

技术领域

本发明属于金属表面加工技术领域，尤其涉及一种利用高频冲击技术优化金属表面性能的加工方法。

背景技术

上世纪70年代之前，业界认为相对高速摩擦运动的表面越光滑越好，最好呈镜面，故对相对摩擦表面多只提有较高的光洁度要求。例如，缸套内表面图纸只标注光洁度▽9。然而只有如镜面的表面，没有储油空间，不能存储润滑油，润滑条件并非良好，不能适应相对摩擦运动速度的提高，易产生零件拉伤、频发卡死故障、零件过早报废等问题。

上世纪70-80年代，在汽车工业中，人们开始认识到表面并不是越光滑越好，而是应在一定程度上有一定深度沟槽用以储油，而且微观轮廓的突峰应在一定程度上予以削平，为此上海内燃机研究所专门制定了ZBJ92011-89《内燃机气缸套平台珩磨网纹技术规范及检测》(现行JB/T5082.7-2011《内燃机气缸套平台珩磨网纹技术规范及检测方法》)。

随着制造业的发展，社会对产品的性能要求越来越高，越来越多的摩擦表面采用RK系列特性参数控制表面微观结构形态，更有利于提高摩擦工作面的润滑性能、抗磨性能、有利于缩短磨合周期、降低润滑油损耗，提高产品寿命。因此，目前亟需一种优化零件表面性能的加工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作便捷、工艺简单、通过改变金属表面微观形貌来优化金属表面性能、且效率较高、稳定性较好的利用高频冲击技术优化金属表面性能的加工方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：利用高频冲击技术优化金属表面性能的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、调整换能器上的滚珠与加工工件的相对位置，使得所述滚珠与所述加工工件的待处理金属表面接触；

步骤二、控制所述滚珠与所述加工工件的相对位置、运动形式、运动速度，选择高频振动的频率、振幅、功率，所述滚珠连续冲击所述加工工件的金属表面；

步骤三、滚珠连续冲击所述加工工件的金属表面后，所述加工工件的金属表面发生剧烈的塑性变形，从而实现改变金属表面的微观形貌、实现金属表面晶体的重塑、消除金属表面晶体缺陷。

作为优选的技术方案，所述滚珠加工时，满足以下参数：所述滚珠的振动功率为100-1200W，所述滚珠的振动频率为20-40kHz，所述滚珠的振幅为3-50μm，所述滚珠工作面的曲率半径为1.5-120mm。

作为优选的技术方案，所述滚珠相对于金属表面线速度满足且0≤v_x≤2fr，其中r和h分别是单次冲击后形成的凹坑半径和连续冲击后表面形成凸台的高度；当0≤v_x≤2fr时，v_x应该确保相邻两个冲击凹坑之间有足够的相对重叠度L，其中λ为两个相邻凹坑的间距，以实现局部塑性变形的积累。

作为优选的技术方案，所述滚珠的相对线速度为1-500m/min。

作为优选的技术方案，两个相邻凹坑的间距λ相等。

作为优选的技术方案，所述滚珠的振动功率为500-1000W，所述滚珠的振动频率为21-24kHz。

作为优选的技术方案，所述滚珠的振幅为8-20μm。