多冲击表面纳米化及梯度结构加工装置的制作方法

本发明涉及材料加工工程领域，特别是一种多冲击表面纳米化及梯度结构加工装置。

背景技术：

材料的失效大多发生在材料表面，表面的结构性能直接影响材料的综合服役性能。材料表面纳米化可以显著提高材料或其零部件表层的疲劳强度、耐磨性、硬度等，并以此提高材料整体的综合性能和使用寿命。

材料表面纳米化是近年出现的一项新技术，中国专利申请申请号：99122670.4公开了该发明借助超声波换能器将硬质小球撞击材料表面使其纳米化，其不足之处为：单点撞击，加工效率低，不适合加工平面。中国专利申请申请号：02109696.1，该发明公开了借助高压液体带动固液双向射流轰击金属表面使之纳米化，以及抛喷丸、滚压等方式，但这些方法在细化材料表层晶粒的同时，也会提高零件表面粗糙度，因而大大限制了其应用。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种多冲击表面纳米化及梯度结构加工装置。

本发明为一种多冲击表面纳米化及梯度结构加工装置提供的技术方案是：

一种多冲击表面纳米化及梯度结构加工装置，包括耐磨球、波纹传动套、内传动轴、外传动套、单级行星变速器、驱动装置和基座；

单级行星变速器行星轮架安装在驱动装置的输出轴上；基座固定在驱动装置的壳体上，单级行星变速器的齿圈的一端固定在基座上，外传动套固定在行星变速器齿圈的另一端；内传动轴安装在行星变速器太阳轮的输出轴上，所述的波纹传动套固定在内传动轴远离驱动装置的一端；所述的波纹传动套随内传动轴同向旋转；所述的驱动装置主轴的旋转运动通过行星轮架、行星轮及太阳轮的传递作用使内传动轴产生同向旋转运动，外传动套不随驱动装置主轴作旋转运动；

波纹传动套远离内传动轴的端面为波纹面；所述的波纹面为均匀交替的凸面与凹面，耐磨球装在外传动套的轴向小孔内；当波纹面的凸面与耐磨球接触，耐磨球伸出外传动套并作用在待加工面上；当波纹面的凹面与耐磨球接触，耐磨球被待加工面顶入外 传动套内。

本发明还包括另一种多冲击表面纳米化及梯度结构加工装置，该装置包括耐磨球、波纹传动套、内传动轴、外传动套、多级行星变速器、驱动装置和基座；

多级行星变速器包括初级行星变速器与末级行星变速器；

初级行星变速器行星轮架安装在驱动装置的输出轴上；基座固定在驱动装置的壳体上，初级行星变速器的齿圈固定在基座上，外传动套固定在末级行星变速器齿圈；末级行星变速器的太阳轮及内传动轴安装在其上一级太阳轮的输出轴上，并绕该轴同速同向回转，波纹传动套固定在内传动轴远离驱动装置的一端；驱动装置主轴的旋转运动使内传动轴及外传动套沿同一轴线作反向旋转运动；

波纹传动套远离内传动轴的端面为波纹面；所述的波纹面为均匀交替的凸面与凹面，耐磨球装在外传动套的轴向小孔内；耐磨球工作时，当波纹面的凸面与耐磨球接触，耐磨球伸出外传动套并作用在待加工面上；当波纹面的凹面与耐磨球接触，耐磨球被待加工面顶入外传动套内。

进一步的本发明采用的驱动装置为液压马达、电动机、气动马达或机床主轴。

进一步的本发明中的多级行星变速器为两级行星变速器。

进一步的本发明中的行星变速器与基座之间设有弹簧。

进一步的轴向小孔以外传动套的轴心为圆心圆周分布。

进一步的波纹面为交替均匀的V型凸面与凹面。

进一步的轴向小孔内至少可轴向安置一个耐磨球。

本发明相对于现有技术相比具有一下显著的优点：

1、本发明既可对工件局部也可对工件整体进行表面纳米化处理该装置可以制成能在车床、铣床、刨床、镗床或磨床上装夹的形式，并代替原来的车刀、铣刀、刨刀、镗刀或磨具等对工件进行不去除材料的加工，使工件表面晶粒细化到纳米量级，显著的降低工件表面粗糙度。

2、本发明在传统的加工工序后增加一道工序，显著提高了生产效率，减少了设备投入，降低生产成本，改善工件表面性能以致整体性能。

3、本发明利用波纹传动套与外传动套的相对回转运动，将波纹面的径向旋转运动转换成耐磨球的轴向往复运动，使耐磨球不断高频撞击工件表面，实现了使工件表面发生塑性变形、晶粒细化。

附图说明

图1是本发明采用多级行星变速器的结构示意图，

图2为本发明采用单级行星变速器的结构示意图，

图3为本发明装置的底部的放大图，

图4为多级行星变速器的耐磨球撞击加工件时的工作原理图，

图5为多级行星变速器的耐磨球复位时的工作原理图。

其中，1—驱动装置，2—基座，3—初级行星变速器，4—末级行星变速器，5—外传动套，6—内传动轴，7—波纹传动套，8—耐磨球，9—多级行星变速器，10—单级行星变速器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1所示，本发明的机械驱动多冲击表面纳米化及梯度结构加工装置，包括驱动装置1、基座2、多级行星变速器9、外传动套5、内传动轴6、波纹传动套7及耐磨球8组成，驱动装置1采用液压马达，多级行星变速器9采用两级行星变速器，包括初级行星变速器3和末级行星变速器4。

初级行星变速器3行星轮架安装在驱动装置1的输出轴上；基座2固定在驱动装置1的外壳上，初级行星变速器3的齿圈固定在基座2上，外传动套5固定在末级行星变速器4齿圈；末级行星变速器4的太阳轮及内传动轴6安装在其上一级太阳轮的输出轴上，并绕该轴同速同向回转，波纹传动套7固定在内传动轴6远离驱动装置1的一端；驱动装置1主轴的旋转运动使内传动轴6及外传动套5沿同一轴线作反向旋转运动；

所述的波纹传动套7远离内传动轴6的端面为波纹面；所述的波纹面为均匀交替的凸面与凹面，耐磨球8装在外传动套7的轴向小孔内；耐磨球8工作时，当波纹面的凸面与耐磨球8接触，耐磨球8伸出外传动套7并作用在待加工面上；当波纹面的凹面与耐磨球8接触，耐磨球8被待加工面顶入外传动套7内，

进一步的基座2可以制成能方便在车床、铣床、刨床、镗床磨床以及加工中心等加工设备上装夹的形式。

进一步的本发明采用的驱动装置1为液压马达、电动机、气动马达或机床主轴。

进一步的本发明中的行星变速器与基座2之间设有弹簧。

进一步的轴向小孔以外传动套5的轴心为圆心圆周分布。

进一步的波纹面为交替均匀的V型凸面与凹面。

进一步的轴向小孔内至少可轴向安置一个耐磨球8。

工作时，给整套装置施加一定的轴向力，使耐磨球8顶在待加工工件上。当驱动装置的主轴正向回转时，初级行星变速器3的行星架通过该级行星轮带动太阳轮正向旋转。初级行星变速器3的太阳轮的正向旋转又带动末级行星变速器4的太阳轮、内传动轴6及波纹传动套7正向旋转，末级行星变速器4的太阳轮又通过末级行星变速器4的行星轮将旋转运动传递到末级行星变速器4的齿圈，使末级行星变速器4的齿圈沿反向旋转。

在波纹传动套7的波纹面的作用下，耐磨球8发生轴向运动。当耐磨球8沿波纹传动套7波纹面的凹面向凸面运动时，耐磨球撞击待加工件表面，使加工表面发生塑性变形；当耐磨球8越过波纹面的凸面时，在待加工面的反作用力的作用下会沿波纹面向凹面滑移。波纹传动套7的正向旋转运动及外传动轴6的反向旋转运动使耐磨球不断沿着波纹面作往复运动，高频撞击待加工件表面，使待加工件表面不断发生塑性变形，晶粒逐渐细化到纳米量级。

实施例2

如图2所示该装置包括耐磨球8、波纹传动套7、内传动轴6、外传动套5、单级行星变速器3、驱动装置1和基座2；

所述的单级行星变速器10行星轮架安装在驱动装置1的输出轴上；基座2固定在驱动装置1的壳体上，单级行星变速器10的齿圈一端固定在基座2上，外传动套5固定在行星变速器10齿圈另一端；内传动轴6安装在行星变速器10的输出轴上，所述的波纹传动套7固定在内传动轴6远离驱动装置1的一端；所述的波纹传动套7随内传动轴6同向旋转；所述的驱动装置1主轴的旋转运动使内传动轴6产生同向旋转运动，外传动套5不随驱动装置1主轴的旋转运动；

所述的波纹传动套7远离内传动轴6的端面为波纹面；所述的波纹面为均匀交替的凸面与凹面，耐磨球8装在外传动套7的轴向小孔内；耐磨球8工作时，当波纹面的凸面与耐磨球8接触，耐磨球8伸出外传动套7并作用在待加工面上；当波纹面的凹面与耐磨球8接触，耐磨球8被待加工面顶入外传动套7内。

进一步的基座2可以制成能方便在车床、铣床、刨床、镗床磨床以及加工中心等加工设备上装夹的形式。

进一步的本发明采用的驱动装置1为液压马达、电动机、气动马达或机床主轴。

进一步的本发明中的单级行星变速器10与基座2之间设有弹簧。

进一步的轴向小孔以外传动套5的轴心为圆心圆周分布。

进一步的波纹面为交替均匀的V型凸面与凹面。

进一步的轴向小孔内至少可轴向安置一个耐磨球8。

工作时，给整套装置施加一定的轴向力，使耐磨球8顶在待加工工件上。当驱动装置的主轴正向回转时，单级行星变速器10的行星架通过该行星轮带动太阳轮正向旋转，单级行星变速器10的太阳轮的正向旋转带动内传动轴6及波纹传动套7正向旋转，外传动套5不随驱动装置1主轴的旋转而运动。

在波纹传动套7的波纹面的作用下，耐磨球8发生轴向运动。当耐磨球8沿波纹传动套7波纹面的凹面向凸面运动时，耐磨球8撞击待加工件表面，使加工表面发生塑性变形；当耐磨球8越过波纹面的凸面时，在待加工面的反作用力的作用下会沿波纹面凸面向凹面滑移。波纹传动套7的正向旋转运动使耐磨球8不断沿着波纹面作往复运动，高频撞击待加工件表面，使待加工件表面不断发生塑性变形，晶粒逐渐细化到纳米量级。