電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置，包括電刷、主軸、導線、滅弧裝置、電源、超聲發(fā)生裝置、工件和卡盤，所述超聲發(fā)生裝置的刀頭、電源、滅弧裝置、套在主軸上的電刷、主軸、卡盤和工件依次串聯(lián)組成一個導電回路，利用導電回路中產生的電流，使工件表面與刀頭接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化，結合超聲振動實現(xiàn)光整加工、表面強化、細晶強化以及消除殘余應力，同時還公開了利用該裝置的電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工方法。本發(fā)明結構簡單，能實現(xiàn)各種導電材料的精密光整加工和表面強化，提高加工表面質量，降低表面粗糙度，消除表面殘余應力，超聲振動還能對工件表面材料起到細晶強化作用。
【專利說明】電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，超聲振動表面強化及光整加工是通過在刀頭上施加某種有規(guī)律的、可控的超聲振動，使刀頭高頻沖擊工件表面，產生超聲振動沖擊作用在工件表面上，對工件表面進行強化和微小形變處理，完成對工件表面的強化處理和光整加工。超聲振動表面強化及光整加工可以提高表面顯微硬度、耐磨性、零件的疲勞壽命，降低表面粗糙度、消除表面殘余應力，并能細化工件表面材料晶?！，F(xiàn)有的超聲振動表面強化及光整加工工藝是在常溫條件下進行，需要超聲振動沖擊能量大，對工具系統(tǒng)和機床有一定影響。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工加工裝置和方法。電接觸加熱是利用工具和工件構成導電回路，通以低壓大電流，使工件表面與工具接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化，降低超聲振動表面強化及光整加工所需要超聲振動沖擊能量，并有利于工件材料的微觀塑性變形以及晶粒細化等過程。
[0004]本發(fā)明的上述目的采用下述技術方案:
[0005]一種電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置，包括電刷、主軸、導線、滅弧裝置、電源、超生發(fā)生裝置、工件和卡盤，所述超聲發(fā)生裝置的刀頭、電源、滅弧裝置、套在主軸上的電刷、主軸、卡盤和工件依次串聯(lián)組成一個導電回路，利用導電回路中產生的電流，使工件表面與刀頭接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化，結合超聲振動實現(xiàn)光整加工、表面強化、細晶強化以及消除殘余應力。
[0006]所述超生發(fā)生裝置包括超聲發(fā)生器，超聲波發(fā)生器與超聲換能器相連，超聲換能器上連接有變幅桿，變幅桿前端設有刀頭，刀頭與工件表面接觸，刀頭還通過導線與電源相連。
[0007]所述電源為低壓直流電源。
[0008]一種電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工方法，具體包括:
[0009]I)將電刷安裝于車床主軸上；
[0010]2 )用導線依次連接電刷、滅弧裝置、電源和刀頭，使其在電刷一滅弧裝置一低壓直流電源一刀頭一工件一卡盤一主軸一電刷之間形成導電回路；
[0011]3)利用回路中的低壓大電流，使工件表面與刀頭接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化；
[0012]4)同時在刀頭上沿工件徑向施加超聲振動，使刀頭以超聲頻沖擊工件表面，產生超聲振動沖擊作用在工件表面上，并且利用金屬電接觸加熱軟化的特點，對工件表面進行強化和微小形變處理，完成對工件表面的強化處理和光整加工，提高工件表面質量，降低表面粗糙度，消除表面殘余應力，同時還能夠對工件表面材料起到細晶強化作用。
[0013]本發(fā)明利用導電回路(電刷一滅弧裝置一低壓直流電源一刀頭一工件一卡盤一主軸一電刷)中產生的電流，使工件表面與刀頭接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化，結合超聲振動實現(xiàn)光整加工、表面強化、細晶強化以及消除殘余應力，并且在導電回路內設置滅弧裝置，防止刀頭在超聲振動沖擊工件表面過程中產生放電燒傷工件表面。
[0014]超聲波發(fā)生器產生大于20kHz的高頻電信號，經(jīng)換能器轉換為機械振動，再經(jīng)變幅桿放大傳遞給刀頭，利用施加在刀頭上的超聲振動對工件表面進行光整加工、表面強化、細晶強化以及消除殘余應力。
[0015]本發(fā)明結構簡單，可以實現(xiàn)各種導電材料的精密光整加工和表面強化，提高加工表面質量，降低表面粗糙度，消除表面殘余應力，施加的超聲振動還可以對工件表面材料起到細晶強化作用，是普通導電材料、高硬導電材料、導電硬脆材料等精密光整加工以及表面強化的一種新方法。本發(fā)明對工件的作用力約為400N，比豪克能金屬表面加工低20%以上，能保證機床的加工精度和穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明結構示意圖；
[0017]其中1.電刷2.主軸3.導線4.滅弧裝置5.低壓直流電源6.超聲換能器7.變幅桿8.超聲波發(fā)生器9.刀頭10.工件11.三角卡盤。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0019]如圖1所示，電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置，包括電刷、主軸、導線、滅弧裝置、低壓直流電源、超聲換能器、變幅桿、超聲波發(fā)生器、刀頭、工件、卡盤。所述電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置的刀頭、電源、滅弧裝置、套在主軸上的電刷、主軸、卡盤和工件依次串聯(lián)組成一個導電回路，利用導電回路中產生的電流，使工件表面與刀頭接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化，結合超聲振動實現(xiàn)光整加工、表面強化、細晶強化以及消除殘余應力。
[0020]所述超聲波發(fā)生器與超聲換能器相連，超聲換能器上連接有變幅桿，變幅桿前端設有刀頭，刀頭與工件表面接觸，刀頭還通過導線與電源相連。
[0021]將電刷I依圖1所示安裝于車床主軸2上，用導線3依次連接電刷1、滅弧裝置4、低壓直流電源5、刀頭9，在電刷I一滅弧裝置4一低壓直流電源5—刀頭9一工件10—卡盤11—主軸2—電刷I之間形成導電回路，利用回路中的低壓大電流，使工件IO表面與刀頭9接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化，同時在刀頭9上沿工件10徑向施加超聲振動，使刀頭9超聲頻沖擊工件10表面，產生超聲振動沖擊作用在工件10表面上，并且利用金屬電接觸加熱軟化的特點，對工件10表面進行強化和微小形變處理，完成對工件10表面的強化處理和光整加工，提高工件10表面質量，降低表面粗糙度，消除表面殘余應力，同時還可以對工件10表面材料起到細晶強化作用。
[0022]電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置和方法對工件的作用力約為400N,比豪克能金屬表面加工低20%以上，能保證機床的加工精度和穩(wěn)定性。[0023]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置，包括電刷、主軸、導線、滅弧裝置、電源、超聲發(fā)生裝置、工件和卡盤，其特征是，所述超聲發(fā)生裝置的刀頭、電源、滅弧裝置、套在主軸上的電刷、主軸、卡盤和工件依次串聯(lián)組成一個導電回路，利用導電回路中產生的電流，使工件表面與刀頭接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化，結合超聲振動實現(xiàn)光整加工、表面強化、細晶強化以及消除殘余應力。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征是，所述超聲發(fā)生裝置包括超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器與超聲換能器相連，超聲換能器上連接有變幅桿，變幅桿前端設有刀頭，刀頭與工件表面接觸，刀頭還通過導線與電源相連。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征是，所述電源為低壓直流電源。
4.一種利用電接觸加熱輔助超聲振動表面強化及光整加工裝置的加工方法，其特征是，包括: .I)將電刷安裝于車床主軸上； .2 )用導線依次連接電刷、滅弧裝置、電源和刀頭，使其在電刷一滅弧裝置一低壓直流電源一刀頭一工件一卡盤一主軸一電刷之間形成導電回路； . 3)利用回路中的低壓大電流，使工件表面與刀頭接觸部分的材料產生焦耳熱瞬時升溫軟化； .4)同時在刀頭上沿工件徑向施加超聲振動，使刀頭以超聲頻沖擊工件表面，產生超聲振動沖擊作用在工件表面上，并且利用金屬電接觸加熱軟化的特點，對工件表面進行強化和微小形變處理，完成對工表面的強化處理和光整加工，提高工件表面質量，降低表面粗糙度，消除表面殘余應力，同時還能夠對工件表面材料起到細晶強化作用。
【文檔編號】C21D7/13GK103481015SQ201310482245
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權日:2013年10月15日
【發(fā)明者】張建華, 尹紀財 申請人:山東大學