[发明专利]声电耦合下金属材料表面强化方法与装置

权利要求书

1.一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，包括设置在车床上的三爪卡盘（1）、车床尾座（2）、脉冲电源（3）以及超声滚压加工装置（21），所述脉冲电源（3）的正负极连接有电刷（4），所述电刷（4）分别与三爪卡盘（1）和车床尾座（2）的主轴相连，三爪卡盘（1）的主轴和车床尾座（2）的主轴设置在同一直线上，在车床尾座（2）主轴的端部设置有尾座顶尖（6），三爪卡盘（1）和尾座顶尖（6）之间用于放置待加工的工件（5），所述超声滚压加工装置（21）设置在车床刀架拖板上，通过跟随车床溜板箱沿工件表面法向和轴向方向作进给运动，完成对工件表面的滚压强化处理。

2.根据权利要求1所述的一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，所述超声滚压加工装置（21）包括控温装置（7）、超声装置（8）和固定连接件（9），固定连接件（9）用于固定控温装置（7）和超声装置（8）并将超声滚压加工装置（21）与车床刀架拖板相连接。

3.根据权利要求2所述的一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，所述固定连接件（9）包括连接板（16）、下夹具（17）和上夹具（18），下夹具（17）和上夹具（18）之间形成容腔，用于固定控温装置（7）和超声装置（8），下夹具（17）和上夹具（18）的末端设置有通孔（19），通过通孔（19）与连接板（16）螺纹固定。

4.根据权利要求3所述的一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，所述连接板（16）上设置有螺纹孔（20），通过螺栓螺母组件将连接板（16）固定在车床刀架拖板的刀架位置。

5.根据权利要求2所述的一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，所述控温装置（7）包括喷头（10）、调速旋钮（11）以及开关阀（12），控温装置（7）的末端通过导流管与冷气机相连，开关阀（12）设置在控温装置（7）的末端，调速旋钮（11）用来调节接入喷头（10）气流大小从而调节工件降温速率。

6.根据权利要求2所述的一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，所述超声装置（8）包括滚压刀头（13）、变幅杆（14）和换能器（15），换能器（15）末端与高频交流电源相连，变幅杆（14）下端与换能器（15）相连，变幅杆（14）上端安装有可转动的滚压刀头（13）。

7.根据权利要求2所述的一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，控温装置（7）通过固定连接件（9）与超声装置（8）保持相对固定，并跟随整个超声滚压加工装置（21）运动。

8.根据权利要求1所述的一种声电耦合下金属材料表面强化装置，其特征在于，所述脉冲电源（3）为尖波脉冲电源。

9.一种声电耦合下金属材料表面强化方法，采用如权利要求1-8任意一项所述的声电耦合下金属材料表面强化装置进行强化，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将待加工的工件（5）装夹在三爪卡盘（1）和尾座顶尖（6）之间；

（2）将超声滚压加工装置（21）安装在车床刀架托板相应位置；

（3）启动传动机构带动工件（5）旋转，同时启动脉冲电源（3）并打开控温装置（7）控制工件加工时的表面温度；

（4）打开超声装置（8）运行数控程序，完成工件表面滚压加工；

（5）加工完成后依次关闭传动机构、脉冲电源（3）、超声装置（8）和控温装置（7）。