[发明专利]对金属工件施加弹性应力场和热场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法

权利要求书

1.一种对金属工件施加弹性应力场和热场并辅助超声滚压的表面强化装置，所述金属工件(3)为圆柱状工件，其特征在于，所述表面强化装置包括：

双主轴同步旋转系统(1)，所述双主轴同步旋转系统(1)包括对称布置的两个主轴箱，以及位于两个主轴箱之间的同步运动基座(1-11)，两个主轴箱的输出轴通过同步皮带与同一根可伸缩同步轴(1-7)相连，在两根输出轴相对一端均配置有夹紧装置，金属工件(3)固定在两夹紧装置之间；

超声滚压系统(2)，安装在所述同步运动基座(1-11)上并位于金属工件(3)的一侧，同步运动基座(1-11)用于带动超声滚压系统(2)沿金属工件(3)轴向做进给运动，所述超声滚压系统(2)包括有一可径向靠近/远离所述金属工件(3)的超声滚压头；

弹性应力场加载装置，包括横移驱动系统(4)以及固定在两个夹紧装置上的环状夹具，两个所述环状夹具相对的一端设有安装孔，金属工件(3)轴向的两端固定在两个环状夹具的安装孔内，横移驱动系统(4)驱动第一主轴箱(1-1)做远离第二主轴箱(1-2)的水平横移，对所述金属工件(3)按设定的应力水平做拉拔处理，进而对金属工件(3)施加弹性应力场；

热场加载装置(502b)，所述热场加载装置(502b)设有位于超声滚压头两侧的对金属工件(3)中间部位加热的加热器(502b-4)，加热器(502b-4)与反馈调节控制器(502b-3)相连，所述反馈调节控制器(502b-3)用于实时控制所述加热器(502b-4)的加热功率使加热部位升温后维持在指定温度，所述加热器(502b-4)为设置在超声滚压头两侧并卷绕在金属工件(3)外圈的两组加热线圈绕组，所述加热线圈绕组与金属工件(3)外径之间有不大于工件直径的间隙以不影响金属工件(3)的转动并加热金属工件(3)，

在超声滚压步骤前由所述热场加载装置(502b)施加热场，金属工件(3)中间部位的加热温度不超过金属工件(3)所用材料的第二相析出温度。

2.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，在第一主轴箱(1-1)上固定有一用于驱动所述可伸缩同步轴(1-7)转动的主轴伺服电机(1-5)。

3.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，横移驱动系统(4)配置有一套水平驱动装置与第一主轴箱(1-1)相连，所述水平驱动装置包括有液压驱动装置(4-1)和活塞杆(4-2)，其中，液压驱动装置(4-1)上安装有油压阀，液压驱动装置(4-1)通过活塞杆(4-2)与第一主轴箱(1-1)相连；

两个主轴箱均安装在床身(1-10)的滑轨上。

4.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，在第二主轴箱(1-2)上安装有第三基座(1-14)；

串联的两组加热线圈绕组与反馈调节控制器(502b-3)电连接，加热线圈绕组与反馈调节控制器(502b-3)通过支架安装在第三基座(1-14)上；

所述反馈调节控制器(502b-3)根据监测到的金属工件(3)加热部位的温度来实时控制所述加热器(502b-4)的加热功率使加热部位升温后维持在指定温度。

5.如权利要求4所述的表面强化装置，其特征在于，所述热场加载装置(502b)还包括与反馈调节控制器(502b-3)相连的温度监测器(502b-5)，用于监测金属工件(3)受热后的表面温度并反馈至所述反馈调节控制器(502b-3)。

6.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，所述超声滚压头沿所述金属工件(3)径向方向靠近/远离所述金属工件(3)。

7.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，夹紧装置为爪盘，

环状夹具为截面呈“T”型的套筒，前端设置有所述安装孔，后端设置有固定在所述爪盘中心孔内的凸台。