[发明专利]一种静压力可控的超声表面滚压方法和装置

说明书

本发明涉及一种静压力可控的超声表面滚压方法和装置，所述方法根据两点确定一条直线、两条相交直线确定一个平面的原理，通过红外位移传感器检测，利用线性拟合和求均值的方法，实现对待加工工件表面水平度的测定，以实现对静压力的规划。所述装置通过控制电磁铁中通入电流大小调节其与永磁铁间的磁力，进而调控静压力的大小。电磁铁和永磁铁组成的系统属于柔性系统，当加工面平面度变化较小时，静压力可自动维持稳定。另外，滚压头和滚压头安装壳采用同极永磁铁，可使得滚压头位置保持相对稳定，并在减小其间摩擦的同时增加散热。本发明具有结构简单、反应速度快、对加工面水平度要求较低、加工质量较高的优点。

技术领域

本发明涉及金属表面强化领域，特别涉及一种静压力可控的超声表面滚压方法和装置。

背景技术

作为表面强化技术中的一种，超声表面滚压可以有效的提高材料表面的平面度，增强材料的表面显微硬度，产生残余压应力，同时也可以改变材料表层的微观结构，从而有效改善材料的耐磨性和抗疲劳性能。在超声滚压加工过程中，静压力是影响表面加工精度的一个重要因素，合适的静压力可以获得较好的表面强化效果。材料本身由于前处理加工难免会存在凸起或凹坑，导致表面平面度大小不一，目前所用的超声滚压装置不能很好的响应静压力的变化并维持静压力的稳定，当材料表面存在凸起时，静压力会增大，进而抑制滚压头的机械振动，使得滚压头与材料的摩擦力增加，材料表面容易出现脱落或划痕；当材料有凹坑时，静压力变小，难以在材料表面产生塑性变形或塑性变形的深度较低，进而难以有效提高材料表面性能。同时，操作过程中总会存在微小的偏差，当待加工面放置倾斜时静压力也会发生相应的变化。在航空航天等高科技技术迅速发展的今天，对机械零部件的要求也将会越来越高，通过超声表面滚压提高关键零部件的表面质量，增加关键零部件的安全运行时间具有重要意义。因此，对静压力的大小做出调整并稳定静压力在超声滚压系统中具有重要意义。

另外，滚压头处于高速振动状态，滚压头与滚压头安装壳之间难免会存在摩擦，不仅会对其摩擦面造成磨损，还会产生大量摩擦热，严重影响滚压头和滚压头安装壳的使用寿命。为保持滚压的均匀性，滚压头与滚压头安装壳的位置应相对固定。通常情况下，若滚压头和滚压头安装壳的间隙较大，散热较好，但是在加工面不平整时滚压头与滚压头安装壳相对位置易发生变动，若滚压头和滚压头安装壳的间隙较小，滚压头与滚压头安装壳相对位置固定，但是散热较差且摩擦较为严重。滚压头和滚压头安装壳采用同极永磁铁既可以在增大其间隙增加散热的同时使得滚压头相对于滚压头安装壳的位置保持固定，还可以避免摩擦的产生，极大提高了滚压头和滚压头安装壳的使用寿命，使得超声滚压的零件质量也得到了大幅的提升。因此，减小对滚压头的磨损，增加散热，同时保持滚压头的相对位置稳定在超声滚压系统中也具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静压力可控的超声表面滚压方法和装置，不仅能够提供超声滚压过程中的静压力，还可以根据待加工面的倾斜程度对静压力大小做出预调整，根据材料表面的实际平面度进行实时调整，保证材料表面的加工性能。另外由于电磁铁和永磁铁组成的系统属于柔性系统，响应速度快，且对静压力的控制和调节更为精准。同时，滚压头和滚压头外壳采用磁铁同极相斥原理，可稳定滚压头，减小摩擦，增加散热。

实施本发明目的的技术方案是：一种静压力可控的超声表面滚压方法和装置，其特征在于包括电磁铁、永磁铁、挡板、压力传感器、超声换能器、变幅杆、滚压头、外套筒后盖、外套筒、变幅杆导向套、滚压头安装壳、传感器保持架、紧固螺钉、红外位移传感器和控制系统，电磁铁固定于外套筒后盖上，外套筒后盖沿外套筒的轴向位置可控，电磁铁和永磁铁之间保持一定的距离，永磁铁固定于挡板上端，挡板下端与压力传感器相连，压力传感器下端依次有超声换能器、变幅杆、变幅杆导向套、滚压头安装壳和滚压头，变幅杆导向套和滚压头安装壳通过螺纹连接，且滚压头放置于滚压头安装壳的锥孔中；其主要零部件中外套筒、外套筒后盖、电磁铁以及变幅杆导向套和滚压头安装壳处于固定状态，其余均处于同步浮动状态；红外位移传感器固定于传感器保持架上，传感器保持架通过紧固螺钉固定于外套筒上。

所述电磁铁和永磁铁之间的磁力提供静压力并维持静压力的稳定。