[发明专利]电接触加热辅助超声振动表面强化及光整加工装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电接触加热辅助超声振动表面强化及光整加工装置及方法。

背景技术

目前，超声振动表面强化及光整加工是通过在刀头上施加某种有规律的、可控的超声振动，使刀头高频冲击工件表面，产生超声振动冲击作用在工件表面上，对工件表面进行强化和微小形变处理，完成对工件表面的强化处理和光整加工。超声振动表面强化及光整加工可以提高表面显微硬度、耐磨性、零件的疲劳寿命，降低表面粗糙度、消除表面残余应力，并能细化工件表面材料晶粒。现有的超声振动表面强化及光整加工工艺是在常温条件下进行，需要超声振动冲击能量大，对工具系统和机床有一定影响。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种电接触加热辅助超声振动表面强化及光整加工加工装置和方法。电接触加热是利用工具和工件构成导电回路，通以低压大电流，使工件表面与工具接触部分的材料产生焦耳热瞬时升温软化，降低超声振动表面强化及光整加工所需要超声振动冲击能量，并有利于工件材料的微观塑性变形以及晶粒细化等过程。

本发明的上述目的采用下述技术方案：

一种电接触加热辅助超声振动表面强化及光整加工装置，包括电刷、主轴、导线、灭弧装置、电源、超生发生装置、工件和卡盘，所述超声发生装置的刀头、电源、灭弧装置、套在主轴上的电刷、主轴、卡盘和工件依次串联组成一个导电回路，利用导电回路中产生的电流，使工件表面与刀头接触部分的材料产生焦耳热瞬时升温软化，结合超声振动实现光整加工、表面强化、细晶强化以及消除残余应力。

所述超生发生装置包括超声发生器，超声波发生器与超声换能器相连，超声换能器上连接有变幅杆，变幅杆前端设有刀头，刀头与工件表面接触，刀头还通过导线与电源相连。

所述电源为低压直流电源。

一种电接触加热辅助超声振动表面强化及光整加工方法，具体包括：

1）将电刷安装于车床主轴上；

2）用导线依次连接电刷、灭弧装置、电源和刀头，使其在电刷—灭弧装置—低压直流电源—刀头—工件—卡盘—主轴—电刷之间形成导电回路；

3）利用回路中的低压大电流，使工件表面与刀头接触部分的材料产生焦耳热瞬时升温软化；

4）同时在刀头上沿工件径向施加超声振动，使刀头以超声频冲击工件表面，产生超声振动冲击作用在工件表面上，并且利用金属电接触加热软化的特点，对工件表面进行强化和微小形变处理，完成对工件表面的强化处理和光整加工，提高工件表面质量，降低表面粗糙度，消除表面残余应力，同时还能够对工件表面材料起到细晶强化作用。

本发明利用导电回路（电刷—灭弧装置—低压直流电源—刀头—工件—卡盘—主轴—电刷）中产生的电流，使工件表面与刀头接触部分的材料产生焦耳热瞬时升温软化，结合超声振动实现光整加工、表面强化、细晶强化以及消除残余应力，并且在导电回路内设置灭弧装置，防止刀头在超声振动冲击工件表面过程中产生放电烧伤工件表面。

超声波发生器产生大于20kHz的高频电信号，经换能器转换为机械振动，再经变幅杆放大传递给刀头，利用施加在刀头上的超声振动对工件表面进行光整加工、表面强化、细晶强化以及消除残余应力。

本发明结构简单，可以实现各种导电材料的精密光整加工和表面强化，提高加工表面质量，降低表面粗糙度，消除表面残余应力，施加的超声振动还可以对工件表面材料起到细晶强化作用，是普通导电材料、高硬导电材料、导电硬脆材料等精密光整加工以及表面强化的一种新方法。本发明对工件的作用力约为400N，比豪克能金属表面加工低20%以上，能保证机床的加工精度和稳定性。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

其中1.电刷2.主轴3.导线4.灭弧装置5.低压直流电源6.超声换能器7.变幅杆8.超声波发生器9.刀头10.工件11.三角卡盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，电接触加热辅助超声振动表面强化及光整加工装置，包括电刷、主轴、导线、灭弧装置、低压直流电源、超声换能器、变幅杆、超声波发生器、刀头、工件、卡盘。所述电接触加热辅助超声振动表面强化及光整加工装置的刀头、电源、灭弧装置、套在主轴上的电刷、主轴、卡盘和工件依次串联组成一个导电回路，利用导电回路中产生的电流，使工件表面与刀头接触部分的材料产生焦耳热瞬时升温软化，结合超声振动实现光整加工、表面强化、细晶强化以及消除残余应力。