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一種納米強(qiáng)化裝置及方法與流程

文檔序號:42292297發(fā)布日期:2025-06-27 18:25閱讀:6來源:國知局

本技術(shù)涉及金屬表面納米強(qiáng)化,尤其涉及一種納米強(qiáng)化裝置及方法。


背景技術(shù):

1、傳統(tǒng)的棒狀件在表面納米化加工時(shí),一般會采用單側(cè)滾壓法或恒定位移法。單側(cè)滾壓法的缺點(diǎn)是:由于在棒狀件的表面會產(chǎn)生較大的滾壓壓力,因此極易變形,尤其是在加工細(xì)長棒狀件時(shí),變形尤為明顯。恒定位移法雖然可以解決加工件變形的問題,但是采用恒定位移法進(jìn)行棒狀件表面納米化加工時(shí),必須采用對稱性非常好的棒狀件,同時(shí)裝夾時(shí)必須嚴(yán)格對中,對原始樣品尺寸精度要求非常高。即便如此,在加工長細(xì)絲、細(xì)棒時(shí),因?yàn)榧{米化的過程中,納米化刀具的壓入量非常低,因此仍然會出現(xiàn)各個(gè)區(qū)域納米化不均勻的問題,甚至?xí)霈F(xiàn)有些區(qū)域無法加工到,而有些區(qū)域加工過深等問題。另外,現(xiàn)有加工細(xì)長軸的方式都為單側(cè)對頂,會導(dǎo)致加工彎曲的問題。

2、中國專利《一種對金屬材料表層處理提高材料性能的三球刀具》(公開號:cn203048994?u),公開了一種在車床上對軸類金屬材料表層進(jìn)行處理提高材料性能的三球刀具,其在固定桿上設(shè)置固定座,固定座側(cè)面設(shè)置三個(gè)呈120°角分布的千分加力器安裝孔,固定座的中心設(shè)置固定座中心孔,千分加力器安裝孔分別與固定座中心孔相通,三個(gè)呈120°角分布的千分加力器分別安裝于三個(gè)呈120°角分布的千分加力器安裝孔中,千分加力器與固定座中心孔之間設(shè)置硬質(zhì)合金球,硬質(zhì)合金球突出于固定座中心孔,該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是:使用不便、加工精度低且難以保證納米化加工的尺寸。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的實(shí)施例提供一種納米強(qiáng)化裝置及方法,不僅在對細(xì)長軸類件進(jìn)行納米強(qiáng)化加工時(shí)不易彎曲,而且可以加深金屬納米層深度,還可以提高表面納米化的精度和光潔度。

2、為達(dá)到上述目的,一方面,本技術(shù)的實(shí)施例提供了一種納米強(qiáng)化裝置,包括沿軸向依次設(shè)置的第一納米強(qiáng)化機(jī)構(gòu)和第二納米強(qiáng)化機(jī)構(gòu);所述第一納米強(qiáng)化機(jī)構(gòu)包括第一環(huán)狀刀具保持架和多個(gè)第一納米強(qiáng)化刀具組件;多個(gè)所述第一納米強(qiáng)化刀具組件沿周向均布在第一環(huán)狀刀具保持架內(nèi),每個(gè)第一納米強(qiáng)化刀具組件與環(huán)狀刀具保持架之間均設(shè)有第一恒定壓力組件和第一壓力傳感器;所述第二納米強(qiáng)化機(jī)構(gòu)包括第二環(huán)狀刀具保持架和多個(gè)第二納米強(qiáng)化刀具組件;多個(gè)所述第二納米強(qiáng)化刀具組件沿周向均布在第二環(huán)狀刀具保持架內(nèi),每個(gè)第二納米強(qiáng)化刀具組件與環(huán)狀刀具保持架之間均設(shè)有第二恒定壓力組件和第二壓力傳感器;所述第二納米強(qiáng)化刀具組件和所述第一納米強(qiáng)化刀具組件均與細(xì)長軸類件接觸滾壓。

3、進(jìn)一步地,所述第一環(huán)狀刀具保持架包括環(huán)狀本體和刀柄;所述刀柄連接在所述環(huán)狀本體的外圓面上,所述刀柄與數(shù)控車床的刀架連接;所述第二環(huán)狀刀具保持架的結(jié)構(gòu)與第一環(huán)形刀具保持架相同,且第二環(huán)狀刀具保持架的環(huán)狀本體與第一環(huán)狀刀具保持架的環(huán)狀本體連接。

4、進(jìn)一步地,所述第一納米強(qiáng)化刀具包括納米強(qiáng)化刀具底座和納米強(qiáng)化球;所述納米強(qiáng)化刀具底座的上表面上設(shè)有凹槽,所述納米強(qiáng)化球坐在凹槽內(nèi)且突出于凹槽,凹槽的邊緣設(shè)有避讓缺口。

5、進(jìn)一步地,所述第二納米強(qiáng)化刀具組件包括刀具支架和第二納米強(qiáng)化刀具;所述刀具支架為u型支架;所述第二納米強(qiáng)化刀具為帶有中心孔的輪式結(jié)構(gòu),第二納米強(qiáng)化刀具的輪緣中間設(shè)有強(qiáng)化頭,強(qiáng)化頭為沿周向環(huán)繞在輪緣上的凸起;第二納米強(qiáng)化刀具通過連接軸組件連接在u型支架上;第二納米強(qiáng)化刀具與連接軸組件之間通過軸承轉(zhuǎn)動連接。

6、進(jìn)一步地,所述第二納米強(qiáng)化刀具內(nèi)設(shè)有兩個(gè)軸承安裝孔,所述軸承安裝孔內(nèi)設(shè)有軸承;所述軸承的外圈與所述第二納米強(qiáng)化刀具連接,內(nèi)圈與所述連接軸組件連接。

7、進(jìn)一步地,所述連接軸組件的兩端通過螺釘連接在所述刀具支架上;所述連接軸組件上設(shè)有外螺紋段,所述外螺紋段上連接螺母,所述螺母能夠?qū)蓚€(gè)所述軸承進(jìn)行軸向限位。

8、進(jìn)一步地,所述強(qiáng)化頭從輪緣上直接凸出或通過圓弧倒角凸出;所述強(qiáng)化頭的截面為半圓;所述半圓的直徑d≤6mm;所述納米強(qiáng)化刀具的輪緣的最大直徑d≤20mm。

9、進(jìn)一步地,所述第一恒定壓力組件包括依次連接的氣泵、增壓泵、氣壓調(diào)節(jié)閥、恒壓氣罐和活塞氣缸;所述活塞氣缸的固定端與環(huán)狀本體通過壓力傳感器連接,伸縮端通過連接板與所述刀具支架連接;所述氣泵能夠提供基礎(chǔ)氣壓;所述增壓泵能夠提高氣壓;所述氣壓調(diào)節(jié)閥能夠穩(wěn)定增壓泵的輸出氣壓;所述恒壓氣罐用于緩沖活塞伸縮時(shí)帶來的氣壓變化;所述第二恒定壓力組件的結(jié)構(gòu)與第一恒定壓力組件相同。

10、進(jìn)一步地,所述第一恒定壓力組件包括依次連接的液壓泵、壓力調(diào)節(jié)閥、恒壓液壓儲能器和活塞液壓缸;所述活塞液壓缸的固定端與環(huán)狀本體通過壓力傳感器連接,伸縮端通過連接板與所述刀具支架連接;所述液壓泵能夠提供基礎(chǔ)穩(wěn)定液壓;所述壓力調(diào)節(jié)閥能夠穩(wěn)定液壓泵的輸出液壓;所述恒壓液壓儲能器用于緩沖活塞伸縮時(shí)帶來的液壓變化;所述第二恒定壓力組件的結(jié)構(gòu)與第一恒定壓力組件相同。

11、另一方面,本技術(shù)的實(shí)施例還提供了一種基于上述納米強(qiáng)化裝置的強(qiáng)化方法,包括以下步驟:s1、將細(xì)長軸類件固定在數(shù)控車床的卡盤上,將本技術(shù)實(shí)施例納米強(qiáng)化裝置安裝在刀架上,確保細(xì)長軸類件穿過第一環(huán)狀刀具保持架和第二環(huán)狀刀具保持架的中心,且第一環(huán)狀刀具保持架處于細(xì)長軸類件的初始加工位置;s2、調(diào)節(jié)第一恒定壓力組件和第二恒定壓力組件,使每個(gè)第二納米強(qiáng)化刀具和第二納米強(qiáng)化刀具均壓入細(xì)長軸類件,并通并過第一壓力傳感器和第二壓力傳感器實(shí)時(shí)測量壓力;s3、啟動數(shù)控車床,卡盤帶動細(xì)長軸類件旋轉(zhuǎn),刀架帶動第二納米強(qiáng)化刀具和第二納米強(qiáng)化刀具沿軸向運(yùn)動,對細(xì)長軸類件進(jìn)行一道或多道滾壓,直至完成細(xì)長軸類件的表面的納米強(qiáng)化后停止。

12、本技術(shù)相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:

13、1、本技術(shù)實(shí)施例納米強(qiáng)化裝置通過設(shè)置沿軸向排列的第一環(huán)狀刀具保持架和第二環(huán)狀刀具保持架,并在兩個(gè)環(huán)狀刀具保持架內(nèi)分別設(shè)置多個(gè)沿周向均布的納米強(qiáng)化刀具,還通過在刀具與保持架之間設(shè)置恒定壓力組件,通過調(diào)節(jié)恒定壓力組件的壓力對細(xì)長軸類件的外圓面產(chǎn)生多個(gè)均布的壓力,從而避免了加工過程中由于受力不均導(dǎo)致的細(xì)長軸類件彎曲,同時(shí)利用了恒定氣壓協(xié)調(diào)作用原理,使得納米強(qiáng)化裝置具有彈性,降低了對細(xì)長軸類件的對稱性要求,并通過在環(huán)狀刀具保持架與恒定壓力組件之間設(shè)置壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測壓力值,進(jìn)一步提高了表面納米化的精度。

14、2、本技術(shù)實(shí)施例納米強(qiáng)化裝置設(shè)有兩排納米強(qiáng)化刀具,位于前側(cè)的第一納米強(qiáng)化刀具優(yōu)先滾壓,先預(yù)制納米層,位于后側(cè)的第二納米強(qiáng)化刀具進(jìn)行二次納米化滾壓的同時(shí),提高了納米層深度并且提高表面光潔度。

15、3、本技術(shù)實(shí)施例納米強(qiáng)化裝置相比傳統(tǒng)的刀具,其加工的納米層深度可以提高2~4倍,變形層影響可以達(dá)到2000μm以上,納米強(qiáng)化效果和效率、表面光潔度均得到顯著提升,表面光潔度實(shí)驗(yàn)室測試可達(dá)到0.02以下。

16、4、本技術(shù)實(shí)施例納米強(qiáng)化裝置相比使用常規(guī)的非對稱式、非恒定壓力系統(tǒng)的裝置,其加工的工件的硬度均勻性更好。

17、5、本技術(shù)實(shí)施例納米強(qiáng)化裝置中的納米強(qiáng)化刀具通過螺母對軸承進(jìn)行軸向限位,利于納米強(qiáng)化刀具在高速旋轉(zhuǎn)下兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和高精度;另外,由于強(qiáng)化頭的截面直徑越小,對被加工件表面的壓強(qiáng)越大,納米強(qiáng)化效果越好,因此,本技術(shù)實(shí)施例強(qiáng)化裝置通過使納米強(qiáng)化刀具的輪緣的最大值d≤20mm,強(qiáng)化頭截面直徑d≤6mm,從而在金屬表面形成較深的梯度納米層。

18、6、本技術(shù)實(shí)施例納米強(qiáng)化裝置中的納米強(qiáng)化刀具通過在納米強(qiáng)化刀具底座的凹槽邊緣設(shè)置避讓缺口,使得其還可以加工帶拐角的樣品,同時(shí),由于摩擦面積變小,滾動摩擦力更小,潤滑性也更高。

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