[发明专利]对金属工件施加脉冲电磁场并辅助超声滚压的表面强化装置及方法

权利要求书

1.一种对金属工件施加脉冲电磁场并辅助超声滚压的表面强化装置，所述金属工件(3)为圆柱状工件，其特征在于，所述表面强化装置包括：

双主轴同步旋转系统(1)，所述双主轴同步旋转系统(1)包括对称布置的两个主轴箱，以及位于两个主轴箱之间的同步运动基座(1-11)，两个主轴箱的输出轴通过同步皮带与同一根可伸缩同步轴(1-7)相连，在两根输出轴相对一端均配置有夹紧装置，金属工件(3)固定在两夹紧装置之间；

超声滚压系统(2)，安装在所述同步运动基座(1-11)上并位于金属工件(3)的一侧，同步运动基座(1-11)用于带动超声滚压系统(2)沿金属工件(3)轴向做进给运动，所述超声滚压系统(2)包括有一可径向靠近/远离所述金属工件(3)的超声滚压头；

脉冲电磁场加载装置(502c)，所述脉冲电磁场加载装置(502c)设有与金属工件(3)同轴的两组用于施加脉冲电磁场的感应线圈(502c-1)，两组感应线圈(502c-1)对称设置在超声滚压头的两侧，脉冲电磁场加载装置(502c)通过两组感应线圈(502c-1)沿着金属工件(3)的轴向施加脉冲电磁场，两组感应线圈(502c-1)的间距等于线圈半径，以保证金属工件(3)中间部分受到密集、均匀分布的脉冲磁场作用；

在超声滚压步骤前施加脉冲电磁场，并在超声滚压步骤后卸载脉冲电磁场在金属工件内引发磁致伸缩效应，降低超声滚压形变抗力，改善表层材料塑性流动特性，从而进一步提高由超声滚压所产生的表层残余压应力的水平和层深。

2.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，在第一主轴箱(1-1)上固定有一用于驱动所述可伸缩同步轴(1-7)转动的主轴伺服电机(1-5)。

3.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，所述强化装置还包括：用于驱动第一主轴箱(1-1)做远离第二主轴箱(1-2)水平横移的横移驱动系统(4)，横移驱动系统(4)配置有一套水平驱动装置与第一主轴箱(1-1)相连，所述水平驱动装置包括有液压驱动装置(4-1)和活塞杆(4-2)，其中，液压驱动装置(4-1)上安装有油压阀，液压驱动装置(4-1)通过活塞杆(4-2)与第一主轴箱(1-1)相连；

两个主轴箱均安装在床身(1-10)的滑轨上。

4.如权利要求2所述的表面强化装置，其特征在于，两组感应线圈(502c-1)安装在支架(502c-2)的一端，所述支架(502c-2)的另一端固定在第三基座(1-14)上，第三基座(1-14)安装在第二主轴箱(1-2)上。

5.如权利要求1所述的表面强化装置，其特征在于，所述超声滚压头沿所述金属工件(3)径向方向靠近/远离所述金属工件(3)。

6.一种利用如权利要求1-5中任意一项所述表面强化装置对金属工件进行表面强化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将金属工件(3)轴向穿过脉冲电磁场加载装置(502c)的两组感应线圈(502c-1)，并将金属工件(3)轴向的两端固定在两个夹紧装置之间；

S2、启动脉冲电磁场加载装置(502c)，通过两组感应线圈(502c-1)对金属工件(3)的中间部分施加脉冲电磁场；

S3、启动双主轴同步旋转系统(1)，两个夹紧装置同步转动，带动金属工件(3)按设定转速和转向旋转，同步运动基座(1-11)运行带动超声滚压系统(2)按设定进给速度和方向沿金属工件(3)轴向进给运动；

S4、启动超声滚压系统(2)，超声滚压系统(2)的超声滚压头径向靠近金属工件(3)，并继续沿金属工件(3)轴向做进给运动，对旋转的金属工件(3)进行脉冲电磁场辅助下的超声滚压表面强化；

S5、超声滚压结束后，关闭双主轴同步旋转系统(1)，停止金属工件(3)的旋转，停止超声滚压系统(2)沿金属工件(3)轴向的进给运动，然后超声滚压头径向远离金属工件(3)；

S6、关闭脉冲电磁场加载装置(502c)，停止对金属工件(3)施加脉冲电磁场；

S7、松开两个夹紧装置，取下金属工件(3)。