[发明专利]一种轨迹可控的表面强化装置

说明书

技术领域

本发明涉及复杂曲面形状的零部件的表面强化领域，为一种轨迹可控的表面强化装置。

背景技术

随着科学技术的发展，现代工业领域对机械结构和零部件的使用性能和服役寿命提出了更高的要求。不仅要求其具有更高的使用性能、更长的服役寿命，而且要求其能够适应更严苛的服役环境。但是，众所周知，材料的强度、耐热性、耐腐蚀性、耐摩擦磨损等性能是决定机械结构和零部件使用性能和寿命的关键因素。因此，如何提高材料的这些性能已经日趋成为先进制造技术领域的重大研究问题。

在大多数情况下，材料的破坏是从表面开始的。例如，表面是疲劳裂纹萌生的重要部位。据统计，由于疲劳而失效的机械结构约占失效结构的90％。此外，腐蚀和磨损也多始于表面。全世界每年生产的钢铁约有10％因表面腐蚀而变为铁锈，30％的机电设备因此而损坏，因磨损造成的能源损失占能耗的1/3，工业发达国家因磨损造成的经济损失高达数百亿美元，我国因磨损而损耗的钢材多达五百万吨。提高材料的表面性能，可以在很大程度上降低这些损耗的发生。

与此同时，我国目前正在加速航空发动机涡轮盘等关键部件材料的国产化制造进程，部分高校和企业都在自主开展了大量的相关研究。航空发动机叶片材料要求有较好的机械性能，一般通过表面强化处理改善各项机械性能，加工处理的效果影响着叶片的使用寿命。目前，自主研发出一套可加工航空发动机叶片材料的装置已成为航空发动机国产化进程中亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的轨迹可控的表面强化装置。

为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：一种轨迹可控的表面强化装置，包含以下内容：

表面强化装置用于具有加工复杂曲面形状的叶片，为一种超声滚压加工设备，其对加工轨迹可根据叶片的形状以实现精准控制；

表面强化装置包含机床底座、超声波发生器、滚压系统、进给系统；滚压系统包含超声波换能器、变幅杆、滚压工具头；

机床底座为表面强化装置的底座，以支撑其的放置；

超声波发生器，为表面强化装置中的驱动电源及控制部分，用于将平时的市电转换成同超声波换能器相适应的高频电流；工作状态下超声波发生器会产生一个特频信号，特频信号根据需求的不同会产生正弦或脉冲信号，为在一个特定的频率下工作，而特定的频率为超声波换能器的工作频率；超声波发生器作为他激式开关电源，具有的功能为：第一，频率微调，调整频率使超声波发生器始终处于最佳工作状态下，保证其的效率最大，频率调整范围在2％以内；第二，振幅控制，工作过程中超声波换能器的负载随时可能发生变化，超声波发生器要具备自动调整驱动的特性，保证滚压工具头能获得稳定的振幅；第三，系统保护，若表面强化装置的工作环境发生变化，超声波发生器应自行停止工作并报警显示，以防其被损坏；

滚压系统包含超声波换能器、变幅杆、滚压工具头；超声波换能器作为表面强化装置中的关键部件，超声波换能器与变幅杆通常结合在一起使用，主要作用是把超声波发生器产生的高频振荡的电信号转换成机械振动，并经过变幅杆将其进行振幅放大和聚能后再传输到滚压工具头，从而实现对被加工工件的超声滚压处理；

变幅杆在超声波加工中被称为超声聚能器，机械振动的质点位移或速度通过变幅杆能得到放大，同时在较小的面积上聚集超声能量，起到聚能作用；在超声波换能器与滚压工具头之间连接变幅杆，用于将机械振幅放大到所需的要求，为了使超声能量更有效地从超声波换能器向负载传输，变幅杆还能作为阻抗变换器进行阻抗匹配；

进给系统包含叶片夹持及进给系统、高度进给立柱、滚压头夹持系统；

在滚压轨迹的控制中，叶片夹持及进给系统负责叶片前后方向的进给，并控制叶片的旋转，使得工件的加工段的中面垂直于滚压工具头，高度进给立柱主要实现滚压工具头在滚压过程中的上下进给，滚压头夹持系统则负责其包含的滚压头的左右运动，两侧的进给运动通过同步控制器来实现同步；

表面强化装置在滚压加工过程中，叶片由叶片夹持及进给系统夹持，通过其中包含的伺服电机连接减速器带动丝杠旋转，以实现叶片进给；表面强化装置的夹持端为一个磁盘，其通过设计好的磁性夹具，将叶片夹持及进给系统连接，并且磁盘为一种可旋转结构，在叶片进给过程中，能够根据叶片的形貌，调整其旋转角度，使得叶片的加工面中心与滚压系统中滚压工具头垂直；