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申请/专利权人：江苏福吉特管业有限公司

摘要：本发明公布了一种表面滚压强化装置及用其处理高压锻制渐缩管的方法，包括机床组件和电辅助超声滚压组件，机床组件能够卡合住管件并带动其转动，将管件安装在卡盘上，卡盘能够带动管件以一定速度旋转，将两个高压碳刷分别与高压脉冲电源相连，调整支撑架的位置，使管件与支撑架孔同心，调整高压碳刷的位置和气缸压力，使高压碳刷和振动头滚珠与管件良好接触，调整管件转速以及机床的进给速度，打开超声发生器和高能脉冲电源，机床带动所述装置沿管件轴向移动，处理管件表面，一次处理完毕将装置恢复至初始状态，根据材料表面处理要求，对同一表面处理多道次，管件经处理后塑性提高、变形抗力降低、表面处理强化层深度增加、表面耐腐蚀性增加。

主权项：1.一种表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，包括表面滚压强化装置，所述表面滚压强化装置包括机床组件和电辅助超声滚压组件，所述机床组件包括底板、侧板、卡盘和滑块滑轨组，所述底板水平设置，所述侧板垂直于底板并与底板的一端相连，所述侧板设有圆孔，所述卡盘通过圆孔与侧板连接，且卡盘能够以圆孔为轴做圆周运动，卡盘的中部设有卡合部，所述卡合部能够夹持住管件，所述滑块滑轨组能够在底板上滑动，所述电辅助超声滚压组件包括电辅助部件、超声滚压部件、气缸滑块组件、支撑架以及连接板，所述连接板将支撑架与滑块滑轨组连接，所述支撑架上设有第三滑轨，所述气缸滑块组件由气缸和第三滑块组成，所述第三滑块能够在气缸的推动下在第三滑轨上滑动，所述超声滚压部件包括超声发生器、超声换能器、振动头变幅杆和振动头滚珠，所述超声发生器被固定在第三滑块上，所述超声换能器的一端与超声发生器连接并沿第三滑轨的方向延伸到第三滑块以外，所述振动头变幅杆的一端与超声换能器的另一端连接，所述振动头变幅杆的另一端设有振动头滚珠，所述电辅助部件包括高压碳刷、碳刷架和绝缘垫块，所述侧板的圆孔沿与第三滑轨垂直的方向延伸到支撑架并将支撑架击穿形成支撑架孔，所述绝缘垫块沿支撑架孔周圈设置，所述高压碳刷设置两个且对称设置在支撑架孔的两侧，所述碳刷架设置在绝缘垫块和高压碳刷之间对高压碳刷起到支撑作用；所述滑块滑轨组由第一滑轨、第一滑块、第二滑轨和组合滑块组成，所述第一滑轨设置于底板上且其垂直于侧板和底板的交叉线，所述第一滑块能够沿第一滑轨滑动，所述第一滑块的顶部设有第二滑轨，且第二滑轨垂直于第一滑轨，所述组合滑块能够沿第二滑块滑动，所述连接板将支撑架与组合滑块连接；所述振动头滚珠为碳化硅球，所述碳化硅球的直径为6mm；所述卡盘上安装有高压锻制渐缩管，卡盘能够带动高压锻制渐缩管旋转，通过调节第一滑块在第一滑轨滑动，能够调整高压锻制渐缩管的相对位置，使其准确通过支撑架孔；包括以下步骤：步骤一：将高压锻制渐缩管安装在卡盘上，卡盘能够带动高压锻制渐缩管以一定速度旋转，调整高压锻制渐缩管的位置，将其准确通过支撑架孔，将两个高压碳刷分别与高压脉冲电源的正负极相连；步骤二：调整支撑架的位置，使高压锻制渐缩管与支撑架孔同心，调整高压碳刷的位置，使高压碳刷与高压锻制渐缩管良好接触，调整通入气缸的压力，使振动头滚珠以一定压力与高压锻制渐缩管良好接触；步骤三：调整高压锻制渐缩管转速以及机床的进给速度，打开超声发生器和高压脉冲电源，此时为初始状态，机床带动电辅助超声表面滚压强化装置沿高压锻制渐缩管轴向移动，处理高压锻制渐缩管表面，一次处理完毕将装置恢复至初始状态；步骤四：根据材料表面处理要求，重复步骤三直至全部处理结束。

全文数据：一种表面滚压强化装置及用其处理高压锻制渐缩管的方法技术领域本发明属于材料表面处理领域，特别是涉及一种表面滚压强化装置以及用其处理高压渐缩管的方法。背景技术表面强化技术能够改变金属及非金属工件的表面形貌、表面化学成分、表面应力状态和组织结构，并提高工件表面粗糙度、耐腐蚀性、耐磨性及综合力学性能。目前常用的表面强化技术有滚压、喷丸、激光冲击、表面机械研磨等方式。其中，激光冲击方法是利用高瞬时能量密度激光冲击波的力学效应，在金属材料表层形成大数值残余压应力和微观组织变化，从而可在其表面获得纳米晶粒。但是该方法产生的纳米晶层较薄，纳米晶层通常小于1微米，影响了材料的后续使用性能，且需要在被处理材料表面增加吸收层和约束层，工艺较为复杂。传统滚压处理，刚性大，对机床传动导轨、精密伺服电机精度损伤很大。随着超声技术的发展，将超声与滚压处理相结合，表面强化技术进一步得到了发展。高压锻制渐缩管为适应各种恶劣工况，常需选择高强度、高硬度材料，且经过不同程度热处理工艺。但对于经过热处理的材料、或者硬度较高、塑性较差的材料，单纯超声机械滚压加工存在许多问题，如需要更大的静压力，导致加工表面粗糙度及耐腐蚀性能无法保证，形成的金属表面强化层薄，同一表面需反复处理多次，加工效率低下，加大静压力后某些高强高硬合金仍然无法加工等。发明内容为解决上述问题，发明提供以下技术方案：一种表面滚压强化装置，包括机床组件和电辅助超声滚压组件，所述机床组件包括底板、侧板、卡盘和滑块滑轨组，所述底板水平设置，所述侧板垂直于底板并与于底板的一端相连，所述侧板设有圆孔，所述卡盘通圆孔与侧板连接，且卡盘能够以圆孔为轴做圆周运动，卡盘的中部设有卡合部，所述卡合部能够夹持住管件，所述滑块滑轨组能够在底板上滑动，所述电辅助超声滚压组件包括电辅助部件、超声滚压部件、气缸滑块部件、支撑架以及连接板，所述连接板将支撑架与滑块滑轨组连接，所述支撑架上设有第三滑轨，所述气缸滑块组件由气缸和第三滑块组成，所述第三滑块能够在气缸的推动下在第三滑轨上滑动，所述超声滚压部件包括超声发生器、超声换能器、振动头变幅杆和振动头滚珠，所述超声发生器被固定在第三滑块上，所述超声换能器的一端与超声发生器连接并沿第三滑轨的方向延伸到第三滑块以外，所述振动头变幅杆的一端与超声换能器的另一端连接，所述振动头变幅杆的另一端设有振动头滚珠，所述电辅助部件包括高压碳刷、碳刷架和绝缘垫块，所述侧板的圆孔沿与第三滑轨垂直的方向延伸到支撑架并将支撑架击穿形成支撑架孔，所述绝缘垫块沿支撑架孔周圈设置，所述高压碳刷设置两个且对称设置在支撑架孔的两侧，所述碳刷架设置在绝缘垫块和高压碳刷之间对高压碳刷起到支撑作用。进一步地，所述滑块滑轨组由第一滑轨、第一滑块、第二滑轨和组合滑块组成，所述第一滑轨设置于底板上且其垂直于侧板和底板的交叉线，所述第一滑块能够沿第一滑轨滑动，所述第一滑块的顶部设有第二滑轨，且第二滑轨垂直于第一滑轨，所述组合滑块能够沿第二滑块滑动，所述连接板将支撑架与组合滑块连接。进一步地，所述振动头滚珠为碳化硅球。进一步地，所述碳化硅球的直径为6mm。所述表面滚压强化装置，通过卡盘卡住高压渐缩管，在卡盘的带动下能够以一定速度转动，所述机床组件能够调节电辅助超声滚压组件的位置，使高压渐缩管与支撑架孔同心，且机床组件能够以一定的给进速度将电辅助超声滚压组件沿高压渐缩管的轴向推进，所述两个高压碳刷分别与高压脉冲电源的正负极相连，高压脉冲电源向高压碳刷提供辅助脉冲电流，同时超声发生器产生超声经过超声换能器和振动头变幅杆将超声以一定的频率和振幅传递到振动头滚珠，气缸以一定的输出压力推动超声滚压部件，振动头滚珠以一定的压力压在高压锻制渐缩管的表面，随着卡盘的转动和机床组件的步进，振动头滚珠和高压碳刷对高压锻制渐缩管形成了电辅助超声表面滚压强化，高压锻制渐缩管进过处理后其塑性提高，变形抗力降低，表面处理强化层深度增加，表面耐腐蚀性增加。该设备的使用方便，表面处理效率高，效果好，适用范围广，适用于各种高压锻制渐缩管的表面处理。一种使用上述表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将高压锻制渐缩管安装在卡盘上，卡盘能够带动高压锻制渐缩管以一定速度旋转，调整高压锻制渐缩管的位置，将其准确通过支撑架孔，将两个高压碳刷分别与高压脉冲电源的正负极相连。步骤二：调整支撑架的位置，使高压锻制渐缩管与支撑架孔同心，调整高压碳刷的位置，使高压碳刷与高压锻制渐缩管良好接触，调整通入气缸的压力，使振动头滚珠以一定压力与高压锻制渐缩管良好接触。步骤三：调整高压锻制渐缩管转速以及机床的进给速度，打开超声发生器和高能脉冲电源，此时为初始状态，机床带动电辅助超声表面滚压强化装置沿高压锻制渐缩管轴向移动，处理高压锻制渐缩管表面，一次处理完毕将装置恢复至初始状态。步骤四：根据材料表面处理要求，重复步骤三直至全部处理结束。进一步地，卡盘转速为15-40rmin，机床的给进速度为0.06-0.08mmr，气缸的产生的输出压力为200-300N。进一步地，超声振动频率为27-30KHz,超声振幅为8-10μm。进一步地，辅助脉冲电流频率800-1000Hz，电流200-600A。更进一步地，辅助脉冲电流频率800-1000Hz，电流为400A。进一步地，同一表面重复处理次数4-8道次。本发明具有如下有益效果：高压锻制渐缩管在电塑性和焦耳热相互影响作用下，表面处理强化层深度增加，表面耐腐蚀性增加，重复处理道次少，加工效率高，不需要额外添加化学元素，处理过程无污染，方法可靠，处理成本低。附图说明图1为表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的轴测图；图2为电辅助超声滚压组件与高压锻制渐缩管的轴测图；图3为机床组件的示意图；图4为经电辅助超声表面滚压处理的高压锻制渐缩管的管壁剖面金相图。图中：底板-1、侧板-2、卡盘-3、第一滑轨-4、第一滑块-5、组合滑块-6、支撑架-7、第三滑轨-8、气缸-9、气缸推杆-10、气缸连接块-11、第三滑块-12、超声发生器-13、超声换能器-14、振动头变幅杆-15、振动头滚珠-16、高压碳刷-17、碳刷架-18、绝缘垫块-19、高压锻制渐缩管-20、连接板-21、第二滑轨-22。具体实施方式为使本发明实现的技术手段、特征更易被理解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。实施例1：参照图1，一种表面滚压强化装置，包括机床组件和电辅助超声滚压组件，参照图3，所述机床组件包括底板1、侧板2、卡盘3和滑块滑轨组，所述底板1水平设置，所述侧板2垂直于底板1并与底板1的一端相连，所述滑块滑轨组由第一滑轨4、第一滑块5、第二滑轨22和组合滑块6组成，所述第一滑轨4设置于底板1上且其垂直于侧板2和底板1的交叉线，所述第一滑块5能够沿第一滑轨4滑动，所述第一滑块5的顶部设有第二滑轨22，且第二滑轨22垂直于第一滑轨4，所述组合滑块6能够沿第二滑块22滑动，所述侧板2设有圆孔，所述卡盘3通圆孔与侧板2连接，且卡盘3能够以圆孔为轴做圆周运动，卡盘3的中部设有卡合部，所述卡合部能够夹持住管件，参照图2，所述电辅助超声滚压组件包括电辅助部件、超声滚压部件、气缸滑块部件、支撑架7以及连接板21，所述连接板21将支撑架7与组合滑块6连接，所述气缸滑块组件由设置在支撑架7上的第三滑轨8、气缸9和第三滑块12组成，所述第三滑块12能够在气缸9的推动下在第三滑轨8上滑动，所述超声滚压部件包括超声发生器13、超声换能器14、振动头变幅杆15和振动头滚珠16，所述超声发生器13被固定在第三滑块12上，所述超声换能器14的一端与超声发生器13连接并沿第三滑轨8的方向延伸到第三滑块12以外，所述振动头变幅杆15的一端与超声换能器14的另一端连接，所述振动头变幅杆15的另一端设有振动头滚珠16，所述振动头滚珠16为直径6mm的碳化硅球，所述电辅助部件包括高压碳刷17、碳刷架18和绝缘垫块19，所述侧板2的圆孔沿与第三滑轨8垂直的方向延伸到支撑架7并将支撑架7击穿形成支撑架孔，所述绝缘垫块19沿支撑架孔周圈设置，所述高压碳刷17设置两个且对称设置在支撑架孔的两侧，所述碳刷架18设置在绝缘垫块19和高压碳刷17之间对高压碳刷17起到支撑作用。将高压锻制渐缩管20安装在卡盘3上，卡盘3能够带动高压锻制渐缩管20旋转，通过调节第一滑块5在第一滑轨4滑动，调整高压锻制渐缩管20的相对位置，将其准确通过支撑架孔，将两个高压碳刷17分别与高压脉冲电源的正负极相连，通过调节组合滑块6在第二滑轨22上的滑动，调整支撑架7的位置，使高压锻制渐缩管20与支撑架孔同心，调整高压碳刷17的位置，使高压碳刷17与高压锻制渐缩管20良好接触，调整通入气缸9的压力为200N，气缸9通过伸长气缸推杆10将压力通过气缸连接块11传递给第三滑块12，最终使振动头滚珠16以一定压力与高压锻制渐缩管20良好接触。调整卡盘3带动高压锻制渐缩管20的机床转速为15rmin，调整第一滑块5在第一滑轨4上滑动速度即机床的进给速度为0.06mmr，打开超声发生器13和高能脉冲电源，通过高压碳刷17的辅助脉冲电流频率为800Hz,电流为200A，超声发生器13发生的超声经超声换能器14和振动头变幅杆15传递给振动头滚珠16，此时的超声振动频率为27-30KHz,超声振幅为8-10μm，此时为初始状态，机床带动电辅助超声表面滚压强化装置沿高压锻制渐缩管20轴向移动，处理高压锻制渐缩管20表面，一次处理完毕将装置恢复至初始状态，同一表面重复处理次数4道次。实施例2，与实施例1不同的是，通入气缸9的压力为300N，机床转速为40rmin，机床的进给速度为0.08mmr，通过高压碳刷17的辅助脉冲电流频率为1000Hz,电流为600A，同一表面重复处理次数8道次。实施例3，与实施例1不同的是，通入气缸9的压力为300N，机床转速为40rmin，机床的进给速度为0.08mmr，通过高压碳刷17的辅助脉冲电流频率为1000Hz,电流为400A，同一表面重复处理次数8道次。高压锻制渐缩管20经过电辅助超声表面滚压处理后，表面强化层厚度增加，表面强化层能够大幅度提高管件的耐腐蚀性能，参照图4，经电辅助超声表面滚压处理过的高压锻制渐缩管20经过检测，由管壁剖面金相图可以明显看出处理强化层的深度增加以及随加工进给方向弯曲的加工形变，具体数值如表1所示。表1表面强化层厚度mm管件处理前0管件经实施例1处理后0.6管件经实施例2处理后3.5管件经实施例3处理后1.5由表1可以看出，管件经过处理，表面强化层的厚度在0.6-3.5mm的范围，表面强化层的厚度为0.6mm的管件和表面强化层的厚度为1.5mm的管件表面的粗糙度并无大的变化，但是表面强化层的厚度为3.5mm的管件表面的粗糙度开始有了变化，综上所述，优选实施例3中电辅助超声表面滚压的条件，该条件处理过的管件表面强化层的厚度适中，能够在提高管件耐腐蚀性能的同时保持管件的表面光滑，适于工业化应用。根据高压锻制渐缩管20的表面处理要求不同，还可以在一定范围内调节气缸压力、机床转速、机床的进给速度、通过高压碳刷的辅助脉冲电流频率和电流、超声振动频率和振幅以及同一表面重复处理的道次。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改或者等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种表面滚压强化装置，其特征在于，包括机床组件和电辅助超声滚压组件，所述机床组件包括底板、侧板、卡盘和滑块滑轨组，所述底板水平设置，所述侧板垂直于底板并与于底板的一端相连，所述侧板设有圆孔，所述卡盘通圆孔与侧板连接，且卡盘能够以圆孔为轴做圆周运动，卡盘的中部设有卡合部，所述卡合部能够夹持住管件，所述滑块滑轨组能够在底板上滑动，所述电辅助超声滚压组件包括电辅助部件、超声滚压部件、气缸滑块部件、支撑架以及连接板，所述连接板将支撑架与滑块滑轨组连接，所述支撑架上设有第三滑轨，所述气缸滑块组件由气缸和第三滑块组成，所述第三滑块能够在气缸的推动下在第三滑轨上滑动，所述超声滚压部件包括超声发生器、超声换能器、振动头变幅杆和振动头滚珠，所述超声发生器被固定在第三滑块上，所述超声换能器的一端与超声发生器连接并沿第三滑轨的方向延伸到第三滑块以外，所述振动头变幅杆的一端与超声换能器的另一端连接，所述振动头变幅杆的另一端设有振动头滚珠，所述电辅助部件包括高压碳刷、碳刷架和绝缘垫块，所述侧板的圆孔沿与第三滑轨垂直的方向延伸到支撑架并将支撑架击穿形成支撑架孔，所述绝缘垫块沿支撑架孔周圈设置，所述高压碳刷设置两个且对称设置在支撑架孔的两侧，所述碳刷架设置在绝缘垫块和高压碳刷之间对高压碳刷起到支撑作用。2.如权利要求1所述的表面滚压强化装置，其特征在于，所述滑块滑轨组由第一滑轨、第一滑块、第二滑轨和组合滑块组成，所述第一滑轨设置于底板上且其垂直于侧板和底板的交叉线，所述第一滑块能够沿第一滑轨滑动，所述第一滑块的顶部设有第二滑轨，且第二滑轨垂直于第一滑轨，所述组合滑块能够沿第二滑块滑动，所述连接板将支撑架与组合滑块连接。3.如权利要求2所述的表面滚压强化装置，其特征在于，所述振动头滚珠为碳化硅球。4.如权利要求3所述的表面滚压强化装置，所述碳化硅球的直径为6mm。5.一种使用权利要求1-4任一所述的表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将高压锻制渐缩管安装在卡盘上，卡盘能够带动高压锻制渐缩管以一定速度旋转，调整高压锻制渐缩管的位置，将其准确通过支撑架孔，将两个高压碳刷分别与高压脉冲电源的正负极相连。步骤二：调整支撑架的位置，使高压锻制渐缩管与支撑架孔同心，调整高压碳刷的位置，使高压碳刷与高压锻制渐缩管良好接触，调整通入气缸的压力，使振动头滚珠以一定压力与高压锻制渐缩管良好接触。步骤三：调整高压锻制渐缩管转速以及机床的进给速度，打开超声发生器和高能脉冲电源，此时为初始状态，机床带动电辅助超声表面滚压强化装置沿高压锻制渐缩管轴向移动，处理高压锻制渐缩管表面，一次处理完毕将装置恢复至初始状态。步骤四：根据材料表面处理要求，重复步骤三直至全部处理结束。6.如权利要求5所述的表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，机床转速为15-40rmin，机床的给进速度为0.06-0.08mmr，气缸的产生的输出压力为200-300N。7.如权利要求5所述的表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，超声振动频率为27-30KHz,超声振幅为8-10μm。8.如权利要求5所述的表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，辅助脉冲电流频率800-1000Hz，电流200-600A。9.如权利要求10所述的表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，辅助脉冲电流频率800-1000Hz，电流为400A。10.如权利要求5所述的表面滚压强化装置处理高压锻制渐缩管的方法，其特征在于，同一表面重复处理次数4-8道次。

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