[发明专利]脉冲电流辅助超声滚压表面强化装置及方法

说明书

本发明公开了一种脉冲电流辅助超声滚压表面强化装置及方法，所述装置包括脉冲电源、导电零件、夹紧机构和超声滚压模块，所述夹紧机构用于夹紧工件，且夹紧机构由车床带动转动，所述导电零件与夹紧机构接触，所述脉冲电源与导电零件连接，用于将脉冲电流施加到工件上，所述超声滚压模块用于对工件表面进行脉冲电流辅助超声滚压表面强化处理。本发明将脉冲电流的电致塑效应、集肤效应和热效应与超声滚压引起的剧烈塑性变形进行复合，使强化表层更厚、表层性能更好，可以提高金属材料的表面强化效果，使得金属材料的表面形貌更好，从而提高金属材料的性能。

技术领域

本发明涉及一种脉冲电流辅助超声滚压表面强化装置及方法，属于金属材料表面处理技术领域。

背景技术

随着航空航天、重型装备、交通运输、化工设备、轻工仪器、医疗器械、舰船工业、海工装备等行业的发展，许多机械设备在恶劣工况下工作，要求零部件具有耐磨损、耐腐蚀和耐疲劳性能等良好的综合性能，使设备安全、可靠地运行。

超声滚压表面强化技术是一种表面改性和表面强化技术，超声滚压刀具以一定压力挤压工件表面，同时刀具以一定频率冲击工件表面，使工件表层产生剧烈塑性变形，使表层晶粒得到细化。超声滚压能够减小表面粗糙度，改善表面形貌，减少缺陷，消除刀痕等，使工件表层硬度提高，在表层内产生残余压缩压力，从而使材料更耐磨、更耐腐蚀和更抗疲劳。该方法对提高材料表层性能有重要作用，广泛应用于材料的表面强化。但是对一些硬度较高或难加工材料，其表层硬度高，塑性低，超声滚压很难使其表层产生充分的塑性变形，也很难得到较好的强化表层，靠单纯调整超声滚压工艺参数的方法提高其表层性能是十分困难的。另外，超声滚压时，前次超声滚压产生的硬化表层会成为下次超声滚压时塑性变形的阻碍，使后续超声滚压作用不能达到材料更深处。

因此，需要对现有超声滚压技术进行改进，使超声滚压作用达到材料更深处，形成更厚、综合性能更好的材料表层。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供一种脉冲电流辅助超声滚压表面强化装置，该装置将脉冲电流的电致塑效应、集肤效应和热效应与超声滚压引起的剧烈塑性变形进行复合，从而使强化表层更厚、表层性能更好，提高金属材料的表面强化效果，使得金属材料的表面形貌更好、性能更好。

本发明的另一目的在于提供一种脉冲电流辅助超声滚压表面强化方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种脉冲电流辅助超声滚压表面强化装置，包括脉冲电源、导电零件、夹紧机构和超声滚压模块，所述夹紧机构用于夹紧工件，且夹紧机构由车床带动转动，所述导电零件与夹紧机构接触，所述脉冲电源与导电零件连接，用于将脉冲电流施加到工件上，所述超声滚压模块用于对工件表面进行脉冲电流辅助超声滚压表面强化处理。

进一步的，所述夹紧机构包括第一卡盘、第二卡盘和第三卡盘，所述第二卡盘为圆柱柄卡盘，所述第三卡盘为圆锥柄卡盘，所述第一卡盘与车床主轴连接，所述第二卡盘安装在第一卡盘上，所述第三卡盘安装在车床尾座上的锥柄孔之中，第二卡盘和第三卡盘的中心线在同一水平线上，且第二卡盘与第三卡盘之间相对设置，用于夹紧工件。

进一步的，所述导电零件包括第一导电件和第二导电件，所述第一导电件与第二卡盘接触，且第一导电件通过第一导线与脉冲电源的第一输出端连接，所述第二导电件与第三卡盘接触，且第二导电件通过第二导线与脉冲电源的第二输出端连接。

进一步的，所述第一卡盘与第二卡盘之间设有第一绝缘件，所述第三卡盘的圆锥柄上套有第二绝缘件。

进一步的，所述超声滚压模块包括超声滚压刀具、超声控制柜和空气压缩机，所述超声滚压刀具安装在车床刀架上，并分别与超声控制柜、空气压缩机连接。