[发明专利]一种实现工件表面纳米化的加工装置和曲轴器件表面梯度纳米化的加工方法

权利要求书

1.一种实现工件表面纳米化的加工装置，其特征在于：该加工装置包括刀柄、可旋转支撑刀架、表面纳米化加工刀头和球形加工滚珠，其中：所述可旋转支撑刀架设置在刀柄的加工端，所述可旋转支撑刀架能够旋转；所述纳米化加工刀头固定在可旋转支撑刀架上，所述球形加工滚珠设置于纳米化加工刀头上，且球形加工滚珠能够自由滚动。

2.根据权利要求1所述的实现工件表面纳米化的加工装置，其特征在于：所述刀柄为条状结构，刀柄的加工端设有弧形板状凸起，该弧形板状凸起的一个表面上通过螺栓与所述可旋转支撑刀架连接。

3.根据权利要求2所述的实现工件表面纳米化的加工装置，其特征在于：所述可旋转支撑刀架的底面与刀柄的加工端连接，可旋转支撑刀架上还开设柱状槽，柱状槽的一端开口另一端封闭；所述柱状槽内嵌入并固定所述纳米化加工刀头。

4.根据权利要求3所述的实现工件表面纳米化的加工装置，其特征在于：所述纳米化加工刀头为圆柱状结构，其尺寸与所述柱状槽相适应；所述纳米化加工刀头的轴向设有润滑油孔，同时所述纳米化加工刀头的一端还设有球形加工滚珠，所述球形加工滚珠伸出所述柱状槽的开口端；所述球形加工滚珠用于对工件表面进行纳米化加工。

5.根据权利要求3所述的实现工件表面纳米化的加工装置，其特征在于：当所述可旋转支撑刀架上的柱状槽的轴线与所述刀柄的轴线平行时，此时可旋转支撑刀架能够在刀柄的弧形板面上相对于所述刀柄的轴线进行-90°～+90°角度范围的旋转。

6.根据权利要求3所述的实现工件表面纳米化的加工装置，其特征在于：所述柱状槽内通过螺纹连接和/或焊接的方式固定所述纳米化加工刀头。

7.根据权利要求1所述的实现工件表面纳米化的加工装置，其特征在于：所述球形加工滚珠与纳米化加工刀头之间为可拆卸连接；所述可旋转支撑刀架可根据待加工工件轮廓特征适应性地进行不同旋转角度的切换。

8.一种利用权利要求1-7任一所述加工装置进行的曲轴器件表面梯度纳米化的加工方法，其特征在于：该加工方法通过工艺参数的优化在曲轴器件表面获得表面纳米组织结构层，具体为：所述加工过程由球形加工滚珠在曲轴表面的压入深度控制，根据曲轴表面轮廓特征进行加工路径的规划，球形加工滚珠沿曲轴表面切向进给，加工过程为不小于1次，每次加工的压入深度均比上一次的压入深度增加，以获得大应变及应变梯度，从而实现曲轴器件的表面纳米化。

9.根据权利要求8所述的曲轴器件表面梯度纳米化的加工方法，其特征在于：所述曲轴器件待加工部位为连杆轴、主轴、连杆轴圆角、主轴圆角和曲柄臂中的一个或多个部位表面。

10.根据权利要求8所述的曲轴器件表面梯度纳米化的加工方法，其特征在于：根据待加工曲轴轮廓特征对可旋转支撑刀架进行不同旋转角度的切换，使待加工表面主要受正压力以减少剪切力，提升纳米化过程稳定性，获得不同的纳米结构层及表面质量。