阅读说明：本技术 一种用于金属板件表面的微织构加工设备 (Micro-texture processing equipment for surface of metal plate ) 是由 刘晓初 谢鑫成 黄建枫 朱锐 高伟林 萧金瑞 梁忠伟 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于金属板件表面的微织构加工设备,包括加工箱体、装夹机构以及电磁加速机构,所述加工箱体内设有与待加工金属板件的加工平面的形状相同的内腔,该内腔内设有多个紧密排列的直圆管,所述直圆管的内腔构成加工通道,每个加工通道中均设有用于高速撞击加工的钢珠；所述装夹机构将待加工金属板件装夹固定在加工箱体的顶部；所述电磁加速机构包括脉冲螺旋线圈和脉冲电源,所述脉冲螺旋线圈环绕在加工箱体的外侧壁上；在竖直方向上,所述脉冲螺旋线圈所处的位置位于放置在加工通道中静态下的钢珠的位置之上。该微织构加工设备采用全新的加工技术,具有结构简单、加工成本较低以及加工效率高等优点。(The invention discloses a micro-texture processing device for the surface of a metal plate, which comprises a processing box body, a clamping mechanism and an electromagnetic accelerating mechanism, wherein an inner cavity with the same shape as the processing plane of the metal plate to be processed is arranged in the processing box body; the clamping mechanism clamps and fixes the metal plate to be processed on the top of the processing box body; the electromagnetic accelerating mechanism comprises a pulse spiral coil and a pulse power supply, and the pulse spiral coil is surrounded on the outer side wall of the processing box body; in the vertical direction, the pulse spiral coil is positioned above the position of a steel ball which is placed in a static state in the processing channel. The micro-texture processing equipment adopts a brand-new processing technology, and has the advantages of simple structure, low processing cost, high processing efficiency and the like.)

一种用于金属板件表面的微织构加工设备

技术领域

本发明涉及工件表面加工设备，具体涉及一种用于金属板件表面的微织构加工设备。

背景技术

随着现代工业技术的快速发展，各行各业对机械装备的安全可靠性能和寿命要求越来越高；一般地，各种机械装备均由多个零部件组成，所以零部件的物理和机械性能直接影响到机械装备的性能以及使用寿命。因此，为了提高各种零部件的机械性能，在零部件成型后，还需要对其表面进行强化加工，在微观结构上改变其性能。

在现有技术中，对于工件的表面处理有很多的方式：机械打磨、化学处理、表面热处理、表面喷涂等，这些处理方式在不同的方向提高工件的表面机械性能，有利于延长其使用寿命。与常规处理技术不同的是，现有技术提出一种在工件的表面进行织构的加工技术，该表面微织构技术是指使用特种加工方法在机械零件表面上加工出凹坑和凸起等微细结构以改善零件表面摩擦学性能的加工技术；例如，申请公布号为CN 109732200 A的发明申请公开了一种微织构的激光加工辅助装置及微织构激光加工方法和授权公告号为CN104551701 B的发明专利公开了一种复合微织构导轨。

在上述两种微织构加工技术中，微织构的形成均需要利用激光的熔融或烧蚀，其中存在的不足是：采用激光的熔融或烧蚀方式加工微织构，成本较高，加工效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种用于金属板件表面的微织构加工设备，该微织构加工设备采用全新的加工技术，具有结构简单、加工成本较低以及加工效率高等优点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于金属板件表面的微织构加工设备，包括加工箱体、装夹机构以及电磁加速机构，其中，

所述加工箱体内设有与待加工金属板件的加工平面的形状相同的内腔，该内腔内设有多个紧密排列的直圆管，所述直圆管的内腔构成加工通道，每个加工通道中均设有用于高速撞击加工的钢珠；

所述装夹机构将待加工金属板件装夹固定在加工箱体的顶部，所述待加工金属板件的加工平面朝下正对着下方多个加工通道；

所述电磁加速机构包括用于通电生成磁场的脉冲螺旋线圈和用于提供高压的脉冲电流的脉冲电源，所述脉冲螺旋线圈环绕在加工箱体的外侧壁上，所述脉冲螺旋线圈在通电后内部形成的磁场方向与加工通道竖向延伸的方向相同；在竖直方向上，所述脉冲螺旋线圈所处的位置位于放置在加工通道中静态下的钢珠的位置之上。

上述微织构加工设备的工作原理是：

工作时，将多个钢珠分别装入多个直圆管的加工通道中，然后通过装夹机构将待加工的金属板件(金属板件，例如阀片、导轨等对表面的物理性能要求较高的零部件)装夹在加工箱体的顶部，使得待加工的表面朝下，正对着所述加工通道。接通脉冲电源，使得高压脉冲电流流经脉冲螺旋线圈，在此过程中，脉冲螺旋线圈周围会产生强力的磁场，由于脉冲螺旋线圈位于钢珠之上，所以脉冲螺旋线圈产生的磁场相当于悬置在钢珠正上方的无形的强力磁铁，吸引着钢珠往上加速运动。

进一步，钢珠受到磁力加速后，高速地往上移动，直至撞击在位于加工通道的顶部的金属板件上，多个钢珠分别撞击在金属板件的加工表面的不同位置上，从而同时在金属板件表面的不同位置生成微型的凹坑，多个凹坑即构成微织构结构，基于该微织构结构，不仅可以提高金属板件表面的抗载荷能力，还能改善润滑效果，在不需要重新加入润滑油的情况下实现“二次润滑”，尤其适用于进行相对滑动的机械零部件。

另外，当钢珠靠近脉冲螺旋线圈的内部之前，切断电源，磁场消失(避免磁场对钢珠进行后段移动时的干扰)，此时钢珠仍会以较高的速度往上移动，直至撞击到金属板件上。钢珠撞击金属板件后，会在重力和反弹力的作用下沿着加工通道下落，回到加工通道的底部。再次接通电源，使得回落后的钢珠重新获得驱动力，再次往上移动，高速地撞击在金属板件的加工表面上，继而再回落；依次循环，实现对金属板件的表面的强化加工，直至加工完成。

本发明的一个优选方案，其中，所述脉冲螺旋线圈至少为两个，且沿着竖直方向环绕在加工箱体的外侧壁上；所述脉冲螺旋线圈并联连接在脉冲电源上，每个脉冲螺旋线圈的电路中均设有工作开关。上述结构，设置多个并联的脉冲螺旋线圈，在加工过程中，从下往上依次接通电源，依次生成磁场，这样可以依次通过多个电磁场对钢珠进行加速，从而达到更高的加工速度。

本发明的一个优选方案，其中，每个加工通道中放置有至少两个钢珠，对于金属板件表面的同一个加工位置，在单次的加速下，可以实现先后多次撞击，有利于进一步提高加工效率。

优选地，所述钢珠的直径为0.5-6mm。

本发明的一个优选方案，其中，所述装夹机构包括夹持支架和紧固螺钉，所述夹持支架位于加工箱体的外侧，且设有多个装夹通道；在装夹状态下，待加工金属板件的边沿放置在装夹通道中，所述紧固螺钉延伸至装夹通道中将该金属板件固定；多个装夹通道所在的平面位于直圆管的顶部之上。

优选地，所述夹持支架的底部与加工箱体的底部通过固定螺栓固定连接，使得整个强化加工设备的结构更加紧凑。

本发明的一个优选方案，其中，所述加工箱体由非磁性材料制成。在实际应用中，可选用铝材作为材料，或者其他具备高强度的非金属材料。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中的微织构加工设备，能够同时对金属板件的整个加工表面进行微织构加工，具有较高的效率。

2、本发明采用全新的加工技术，通过电磁场的加速，使得钢珠可以获得巨大的功能对金属板件进行撞击，从而在加工表面生成微型凹坑，不仅具有较低的加工成本，同时设备制造成本也不高。

3、由于具有固定的加工通道，不同的钢珠负责不同位置的加工，这样能够直接得到预期的效果以及比较均匀的微织构结构。

4、与激光的熔融或烧蚀方式相比，除了能够在金属板件表面加工微织构外，本发明的加工设备还能获得附带的良好的技术效果：由于钢珠高速撞击在金属板件表面，以挤压的形式生成微型凹坑，所以在凹坑逐渐形成的过程中，其自身以及附近的位置会因受到挤压的作用而生成残余应力层，基于该残余应力层，可提升金属板件表面的硬度、抗腐蚀性等性能。

5、除了表面微织构加工外，还可以通过本发明的设备对金属板件表面进行清洁、除锈等维护工作，与此同时再次提高金属板件表面的硬度、提升金属板件抗腐蚀效果、提升金属板件耐磨性。

附图说明

图1-3为本发明中的用于金属板件表面的微织构加工设备的其中一种

具体实施方式

的剖面图，其中，图1为下方的脉冲螺旋线圈通电后吸引钢珠往上移动的剖面图；图2为钢珠位于下方的脉冲螺旋线圈的内侧的剖面图，此时下方的脉冲螺旋线圈断电，上方的脉冲螺旋线圈通电；图3为钢珠撞击金属板件表面后准备下落的剖面图，此时两个脉冲螺旋线圈均断电。

图4为本发明中的用于金属板件表面的微织构加工设备的其中一种具体实施方式的立体结构示意图。

图5为本发明中的用于金属板件表面的微织构加工设备的另一种具体实施方式的剖面图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1-4，本实施例中的用于金属板件表面的微织构加工设备，包括加工箱体1、装夹机构以及电磁加速机构，其中，所述加工箱体1内设有与待加工金属板件a的加工平面的形状相同的内腔(本实施例中以方形的金属板件a为例，当然可以是其他的形状，例如长条形)，该内腔内设有多个紧密排列的直圆管2，所述直圆管2的内腔构成加工通道，每个加工通道中均设有用于高速撞击加工的钢珠；所述装夹机构将待加工金属板件a装夹固定在加工箱体1的顶部，所述待加工金属板件a的加工平面朝下正对着下方多个加工通道；所述电磁加速机构包括用于通电生成磁场的脉冲螺旋线圈3和用于提供高压的脉冲电流的脉冲电源，所述脉冲螺旋线圈3环绕在加工箱体1的外侧壁上，所述脉冲螺旋线圈3在通电后内部形成的磁场方向与加工通道竖向延伸的方向相同；在竖直方向上，所述脉冲螺旋线圈3所处的位置位于放置在加工通道中静态下的钢珠(本实施例中的钢珠为具备磁性的金属球体)的位置之上。

参见图1-4，所述脉冲螺旋线圈3为两个，且沿着竖直方向环绕在加工箱体1的外侧壁上；所述脉冲螺旋线圈3并联连接在脉冲电源上，每个脉冲螺旋线圈3的电路中均设有工作开关。当然，脉冲螺旋线圈3也可以为三个、四个甚至更多。上述结构，设置多个并联的脉冲螺旋线圈3，在加工过程中，从下往上依次接通电源，依次生成磁场，这样可以依次通过多个电磁场对钢珠进行加速，从而达到更高的加工速度。

参见图1-4，每个加工通道中放置有至少两个钢珠，所述钢珠的直径为0.5-6mm。对于金属板件a表面的同一个加工位置，在单次的加速下，可以实现先后多次撞击，有利于进一步提高加工效率。

参见图1-4，所述装夹机构包括夹持支架4和紧固螺钉5，所述夹持支架4位于加工箱体1的外侧，且设有多个装夹通道4-1；在装夹状态下，待加工金属板件a的边沿放置在装夹通道4-1中，所述紧固螺钉5延伸至装夹通道4-1中将该金属板件a固定；多个装夹通道4-1所在装夹平面位于直圆管2的顶部之上。

进一步，所述夹持支架4的底部与加工箱体1的底部通过固定螺栓固定连接，使得整个强化加工设备的结构更加紧凑。

参见图1-4，所述加工箱体1由非磁性材料制成。在实际应用中，可选用铝材作为材料，或者其他具备高强度的非金属材料。

参见图1-4，上述微织构加工设备的工作原理是：

工作时，将多个钢珠分别装入多个直圆管2的加工通道中，然后通过装夹机构将待加工金属板件a(金属板件a，例如阀片、导轨等对表面的物理性能要求较高的零部件)装夹在加工箱体1的顶部，使得待加工的表面朝下，正对着所述加工通道。接通脉冲电源，使得高压脉冲电流流经脉冲螺旋线圈3，在此过程中，脉冲螺旋线圈3周围会产生强力的磁场，由于脉冲螺旋线圈3位于钢珠之上，所以脉冲螺旋线圈3产生的磁场相当于悬置在钢珠正上方的无形的强力磁铁，吸引着钢珠往上加速运动。

进一步，钢珠受到磁力加速后，高速地往上移动，直至撞击在位于加工通道的顶部的金属板件a上，多个钢珠分别撞击在金属板件a的加工表面的不同位置上，从而同时在金属板件a表面的不同位置生成微型的凹坑，多个凹坑即构成微织构结构，基于该微织构结构，不仅可以提高金属板件a表面的抗载荷能力，还能改善润滑效果，在不需要重新加入润滑油的情况下实现“二次润滑”，尤其适用于进行相对滑动的机械零部件。

另外，当钢珠靠近脉冲螺旋线圈3的内部之前，切断电源，磁场消失(避免磁场对钢珠进行后段移动时的干扰)，此时钢珠仍会以较高的速度往上移动，直至撞击到金属板件a上。钢珠撞击金属板件a后，会在重力和反弹力的作用下沿着加工通道下落，回到加工通道的底部。再次接通电源，使得回落后的钢珠重新获得驱动力，再次往上移动，高速地撞击在金属板件a的加工表面上，继而再回落；依次循环，实现对金属板件a的表面的强化加工，直至加工完成。

实施例2

参见图5，与实施例1不同的是，本实施例中所述脉冲螺旋线圈3为一个，适用于不同的加工场合。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。