单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，特别是一种单冲击表面纳米化及梯度结构加工装置。

背景技术：

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。材料表面纳米化的实现方式有抛喷丸、滚压等，但这些办法在细化材料表层晶粒的同时，也会提高零件表面粗糙度，因而限制了其应用。

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为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，其不足之处在于，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为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单冲击表面纳米化及梯度结构加工装置。

本发明为一种材料表面纳米化装置提供的技术方案是：

一种单冲击表面纳米化及梯度结构加工装置，该装置包括工具头、导向套、传动盘、耐磨球、波纹耐磨套、气动马达和外壳；

在导向套内，工具头紧密装嵌在传动盘中心孔，与传动盘一起沿导向套轴线做往复运动；

耐磨球耐磨球装在传动盘上圆周均布的径向小孔内，且同时与波纹耐磨套的波纹面的凹面或凸面接触；波纹耐磨套装在气动马达输出轴上；

导向套与气动马达固连，且均设置在外壳内腔内，并可沿外壳内腔往复运动

波纹耐磨套与传动盘的接触面为波纹面，且波纹面为均匀交替的凸面与凹面，在工具头与代加工工件顶紧时，随着耐磨球与波纹面的凸面和凹面不断交替接触，带动传动盘与工具头沿轴线做往复运动。

进一步的，本发明中的耐磨球至少为3个。

进一步的，波纹面为交替均匀的V型凸面与凹面。

进一步的，工具头为圆柱形，且工具头的工作端加工为球面。

本发明相对于现有技术相比具有以下显著优点：1、本发明所采用的装置为单点接触，既能对工件局部也能对工件整体进行表面纳米化处理；2、该装置冲击力大，冲击行程长，处理出的纳米层厚；3、能够进行高频冲击，有效降低工件表面粗糙度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为工具头撞击工件表面时的工作原理图；

图3为工具头复位时的工作原理图。

图中：1—工具头，2—导向套，3—传动盘，4—耐磨球，5—波纹耐磨套，6—气动马达，7—外壳。

具体实施方式

如图1所示，本发明的机械驱动表面纳米化装置包括工具头1、导向套2、传动盘3、耐磨球4、波纹耐磨套5、气动马达6、外壳7。

在导向套2内，工具头1紧密装嵌在传动盘3中心孔，与传动盘3一起沿导向套2轴线做往复运动；

耐磨球4圆周均布装在传动盘3的径向小孔内，且同时与波纹耐磨套5的波纹面的凹面或凸面接触；波纹耐磨套5装在气动马达6输出轴上；

导向套2与气动马达6固连，且均设置在外壳7内腔内，并可沿外壳7内腔往复运动

波纹耐磨套5与传动盘3的接触面为波纹面，所述的波纹面为均匀交替的凸面与凹面，如图2、图3所示，在工具头1与代加工工件顶紧时，随着耐磨球4与波纹面的凸面和凹面不断交替接触，带动传动盘3与工具头1沿轴线做往复运动。

外壳7可以制成能方便在车床、铣床、刨床、磨床以及加工中心等加工设备上装夹的形式。

工作时，将工具头1顶在待加工工件上。将压缩空气接入到气动马达6进气口，从气动马达6进入的气体一部分进入马达并驱动马达回转，另一部分进入外壳7的内腔，并作用在气动马达6及导向套2上，在波纹传动套5、耐磨球4及传动盘3的传递下，使工具头1以一定的压力顶在待加工工件上。

在压缩气体作用下，气动马达6主轴旋转，带动波纹传动套5旋转。耐磨球4沿着波纹传动套5的波纹面滚动，当耐磨球4沿波纹传动套波纹面的凹面向凸面运动时，耐磨球4通过传动盘3推动工具头1撞击待加工件表面，使加工表面发生塑性变形；当耐磨球4越过波纹面的凸面时，待加工面的反作用力通过工具头1、传动盘3推动耐磨球4沿波纹面凸面向凹面滚动。按照这种方式，当气动马达6的主轴高速转动时，工具头1不断作往复运动，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。