[发明专利]对金属工件施加深冷场并辅助超声滚压的表面强化方法

权利要求书

1.一种对金属工件施加深冷场并辅助超声滚压的表面强化方法，其特征在于，利用表面强化装置对圆柱状的金属工件(3)进行表面强化，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；

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；

深冷场加载装置(503a)，所述深冷场加载装置(503a)设置有上下两组对称设置的喷头(503a-1)，每组喷头(503a-1)用于向金属工件(3)径向喷射深冷介质，所述深冷介质为超临界二氧化碳、液氮或液氦中的一种；

两组喷头(503a-1)安装在支架(503a-2)的一端，所述支架(503a-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；

所述表面强化方法包括如下步骤：

S1、将金属工件(3)轴向的两端固定在两个夹紧装置之间，并使金属工件(3)处于两组喷头(503a-1)的喷射交线上；

S2、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；

S3、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)进行深冷场辅助下的超声滚压表面强化；

S4、超声滚压结束后，停止超声滚压系统(2)沿金属工件(3)轴向的进给运动，超声滚压头径向远离金属工件(3)，启动深冷场加载装置(503a)，通过喷头(503a-1)向金属工件(3)径向喷射深冷介质，对金属工件(3)的中间部分施加深冷场；

S5、持续设定的时长后，关闭深冷场加载装置(503a)，停止对金属工件(3)施加深冷场；

S6、关闭双主轴同步旋转系统(1)，停止金属工件(3)的旋转；

S7、松开两个夹紧装置，取下金属工件(3)并使其温度恢复至室温。

2.如权利要求1所述的表面强化方法，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所述的表面强化方法，其特征在于，所述表面强化装置还包括：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1所述的表面强化方法，其特征在于，每组喷头(503a-1)均包含有多个喷嘴，同一喷头上的多个喷嘴沿金属工件(3)的轴线分布。

5.如权利要求4所述的表面强化方法，其特征在于，所述第三基座(1-14)上设置有若干呈矩阵式分布的螺纹孔，所述支架(503a-2)的另一端在所述第三基座(1-14)上的位置可调。

6.如权利要求1所述的表面强化方法，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)。