[发明专利]一种用于滚动体工件表面的超声强化加工设备

说明书

本发明公开一种用于滚动体工件表面的超声强化加工设备，包括用于对工件进行装夹的旋转装夹机构、用于往工件的表面发射高速的钢珠的超声送料机构以及用于对钢珠进行收集以供超声送料机构循环发射的钢珠收集盒，所述超声送料机构包括超声波发生器和超声波换能器，所述旋转装夹机构包括电磁无心夹具和用于驱动电磁无心夹具进行旋转的旋转驱动机构；其中，所述钢珠收集盒为空心结构，顶部设置为V形结构；所述超声波换能器设置在钢珠收集盒的底部，钢珠位于钢珠收集盒的内腔中。该超声强化加工设备能够持续循环且均匀地对滚动体工件的表面进行强化加工，且具有较高的加工效率以及结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及超声强化加工设备，具体涉及一种用于滚动体工件表面的超声强化加工设备。

背景技术

随着现代工业技术的发展，人们对机械装备的安全可靠性能和寿命要求越来越高，例如飞机、装甲车、船舶、机车、汽车、内燃机、汽轮机、冶金机械、石油机械、采煤机械、矿山机械等；其中，凡是承受循环载荷的承力件，随时可能因疲劳而出现零件断裂等现象，其后果不仅会造成财产损失，还会导致人员伤亡，因此提高机械零部件的疲劳强度和寿命具有重大意义。

现有的超声强化工艺中，主要通过对零件的表面实施冷挤压，使其表面产生残余压应力。但是，现有的工艺设备复杂，使用的都是特定的一种加工介质，加工不均匀，且不能对材料进行连续的加工，同时还要为加工介质提供一套循环供料的送料系统(例如，申请公布号为CN 109676529 A的发明申请公开的一种用于强化研磨加工的连续循环送料系统)；上述现有的工艺都存在成本增大、工序繁琐等问题，造成现有超声强化加工整体效率很低，效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种用于滚动体工件表面的超声强化加工设备，该超声强化加工设备能够持续循环且均匀地对滚动体工件的表面进行强化加工，且具有较高的加工效率以及结构简单等优点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于滚动体工件表面的超声强化加工设备，包括用于对工件进行装夹的旋转装夹机构、用于往工件的表面发射高速的钢珠的超声送料机构以及用于对钢珠进行收集以供超声送料机构循环发射的钢珠收集盒，所述超声送料机构包括超声波发生器和超声波换能器，所述旋转装夹机构包括电磁无心夹具和用于驱动电磁无心夹具进行旋转的旋转驱动机构；

其中，所述钢珠收集盒为空心结构，顶部设置为V形结构；所述超声波换能器设置在钢珠收集盒的底部，钢珠位于钢珠收集盒的内腔中；工作时，装夹好的工件放置在钢珠收集盒上V形的开口处，超声波换能器将超声波转换成高频的振动，推动钢珠高速撞击在上方的工件上。

上述超声强化加工设备的工作原理是：

工作时，先将待加工的滚动体工件装夹在电磁无心夹具上，此时滚动体工件位于钢珠收集盒的V形结构的之上，圆柱形的滚动表面正对着钢珠收集盒的内腔；然后启动超声波发生器、超声波换能器以及旋转驱动机构，开始对工件的滚动表面进行强化加工。

在强化加工的过程中，超声波发生器向超声波换能器发出超声波信号，超声波换能器接收到超声波信号后，将其转换成高频的振动，由于钢珠设置在钢珠收集盒的内腔中，并承放在超声波换能器的振动源上，所以高频的振动直接赋予钢珠巨大的冲击力，使得钢珠可以高速地往上撞击滚动体工件的滚动表面，从而在滚动表面产生残余压应力。其中，钢珠往上撞击滚动体工件后，反弹落下去，再接触到超声波换能器的振动源时，钢珠再次被振动而往上移动，从而再次对工件进行撞击挤压，以此循环，直至强化加工完成。进一步，在钢珠收集盒的防护下，钢珠撞击滚动体工件后，能够重新回到超声波换能器的振动源上，从而能够形成持续的、反复的强化工作。而且，钢珠收集盒的顶部设置为V形结构，可以适用于不同大小的滚动体工件的强化加工。