一種金屬表面的可控形變技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬表面的可控形變技術(shù),涉及對金屬進(jìn)行形變處理以改善金屬表層應(yīng)力分布的技術(shù)和智能控制技術(shù),根據(jù)待處理件表面溫度分布、應(yīng)力分布等，編制智能控制程序，控制由多個(gè)撞針組成的陣列，對待處理件的待處理區(qū)域?qū)嵤┨囟◤?qiáng)度、特定頻率的沖擊形變處理。每一個(gè)撞針的沖擊強(qiáng)度、沖擊頻率在事先編制好的程序控制下，充分滿足所處陣位被加工材料的形變需要，而又不至于引起過度形變和開裂。被加工面的每一點(diǎn)，都會經(jīng)受多個(gè)撞針的多次反復(fù)沖擊的影響而多次形變。由于多個(gè)撞針組成的陣列中，每一個(gè)撞針都單獨(dú)受到控制系統(tǒng)的控制，撞針之間互不干涉，能保證三維曲面的凹陷處獲得足夠的形變。
【專利說明】一種金屬表面的可控形變技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬表面的可控形變技術(shù)。這種金屬表面的可控形變技術(shù)涉及對金屬進(jìn)行形變處理以改善金屬表層應(yīng)力分布的技術(shù)和智能控制技術(shù)。
技術(shù)背景
[0002]金屬材料的加工過程中，往往會因?yàn)榱悴考牟煌课粶囟茸兓煌降仍?，?dǎo)致加工后的零部件內(nèi)部殘留內(nèi)應(yīng)力，這一應(yīng)力可能導(dǎo)致多種不良后果。
[0003]殘留內(nèi)應(yīng)力可能導(dǎo)致的第一種不良后果是:過度變形。變形量一旦超過使用或后續(xù)加工允許的公差范圍，則可能導(dǎo)致零部件報(bào)廢。
[0004]殘留內(nèi)應(yīng)力可能導(dǎo)致的第二種不良后果是:零件開裂。零件的某些特征部位的殘余內(nèi)應(yīng)力值如果超過材料的強(qiáng)度，則零件將要發(fā)生裂紋擴(kuò)展、材料開裂。
[0005]殘留內(nèi)應(yīng)力可能導(dǎo)致的第三種不良后果是:零部件在后續(xù)長期使用過程中出現(xiàn)問題?？赡艹霈F(xiàn)的第一個(gè)問題是強(qiáng)度降低，使用過程中零部件會受到外加應(yīng)力的作用，如果零件的某些特征部位外加應(yīng)力與殘余內(nèi)應(yīng)力發(fā)生疊加，疊加后的應(yīng)力如果超過了材料的強(qiáng)度，則零件將會在較低的外加應(yīng)力作用下即發(fā)生裂紋擴(kuò)展、材料開裂，表現(xiàn)為零部件的強(qiáng)度降低?？赡艹霈F(xiàn)的 第二個(gè)問題是由于長期使用過程中應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，零部件的形狀、尺寸發(fā)生變化，影響零部件的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，甚至可能導(dǎo)致零部件報(bào)廢。
[0006]金屬材料的加工過程中產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力種類不同、所處位置不同，對零部件的影響也會差別巨大。處于零部件表面附近的殘余拉應(yīng)力最危險(xiǎn)、影響最大，絕大多數(shù)的不良后果都是由表面附近的殘余拉應(yīng)力造成。
[0007]激光熔覆技術(shù)是一種利用激光能量作用于焊絲或焊粉對金屬零部件表面進(jìn)行焊覆的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于金屬零部件表面的強(qiáng)化、功能化和修復(fù)處理，在汽車模具修復(fù)等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣，目前存在的最主要問題是熔覆后巨大殘余拉應(yīng)力帶來的開裂。
[0008]由于熔覆時(shí)必須將焊絲或焊粉熔化，激光掃描必須將焊絲或焊粉加熱到熔點(diǎn)以上，而被熔覆的金屬基體溫度很低，于是出現(xiàn)了熔覆層與基體的巨大溫度差和巨大的溫度梯度，激光束掃過之后的降溫過程中，熔覆層溫度的巨大降幅決定了其將要發(fā)生明顯的收縮，而基體的厚度遠(yuǎn)大于熔覆層，這就決定了熔覆層的收縮將會被抑制，于是出現(xiàn)了降溫后熔覆層附近巨大的殘余拉應(yīng)力，往往前面在進(jìn)行激光熔覆處理，后面剛剛?cè)鄹驳膮^(qū)域幾經(jīng)開始開裂。
[0009]為了解決這一問題，目前主要采取的辦法是選擇塑性極好的焊料或及時(shí)對熔覆層進(jìn)行降應(yīng)力處理，例如:選用昂貴的鎳基合金作為焊料，或及時(shí)對熔覆層進(jìn)行再加熱處理以減小溫度梯度從而降應(yīng)力，或及時(shí)手工敲擊使熔覆層塑性變形釋放應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]鎳基合金作為焊料雖然有效地緩解了開裂問題，但金屬鎳比較昂貴，且性能單一，難以滿足模具等要求修復(fù)后表面高強(qiáng)度、耐磨等要求；再加熱處理雖可以減小溫度梯度從而降應(yīng)力，但時(shí)機(jī)難掌握，處理不及時(shí)還是難以避免開裂的發(fā)生；手工敲擊使熔覆層塑性變形釋放應(yīng)力的措施過分依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)，且效果有限。
[0011]本發(fā)明旨在尋找一種智能化的、廣泛適用于多種材料、多種組織和性能要求的形變處理技術(shù)，不僅能夠有效緩解拉應(yīng)力，甚至可以獲得零件表層殘留壓應(yīng)力，以及一定的形變強(qiáng)化效果。
[0012]本發(fā)明的主要特點(diǎn)是:在充分研究待處理件表面溫度分布、應(yīng)力分布和變形規(guī)律的基礎(chǔ)上，編制智能控制程序，以控制由多個(gè)撞針組成的陣列，對待處理件的待處理區(qū)域?qū)嵤┨囟◤?qiáng)度、特定頻率的沖擊形變處理。
[0013]多個(gè)撞針組成的陣列，每一個(gè)撞針的沖擊強(qiáng)度、沖擊頻率在事先編制好的程序控制下，充分滿足所處陣位被加工材料的表面形變需要，而又不至于引起過度形變和開裂。
[0014]被加工面的每一點(diǎn)，都會經(jīng)受多個(gè)撞針的多次反復(fù)沖擊的影響而多次形變。
[0015]由于多個(gè)撞針組成的陣列中，每一個(gè)撞針都單獨(dú)受到控制系統(tǒng)的控制，撞針之間互不干涉，即使被加工面為三維曲面，也能保證三維曲面的凹陷處獲得足夠的形變。
[0016]如果被加工對象是剛剛形成的熔覆層，對其上一點(diǎn)來說，這種形變將會在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)持續(xù)，持續(xù)期間開始時(shí)可能是奧氏體組織，而后可能是珠光體組織或馬氏體組織或混合組織，這種持續(xù)能夠有效地緩解各個(gè)溫度區(qū)間、各種組織形成的應(yīng)力，直至某一較低的溫度形變結(jié)束，最終熔覆層與被加工件溫度一致時(shí)，熔覆層的拉應(yīng)力得到極大的緩解，甚至可以獲得一定的殘余壓應(yīng)力而進(jìn)一步提高零件的表面性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖為一種金屬表面的可控形變技術(shù)實(shí)施過程示意圖:(I)為可控形變陣列；(2)為撞針(3)為可控形變陣列前進(jìn)方向；(4)為待加工區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0018]由多根撞針⑵排列成的可控形變陣列⑴沿著方向⑶向著前方的待加工區(qū)域
(4)推進(jìn)，可控形變陣列⑴中的每一根撞針(2)均受到單獨(dú)控制，可以以特定的沖擊力和特定的沖擊頻率單獨(dú)動作，對待加工零件表面進(jìn)行形變加工。
[0019] 每一根撞針(2)的沖擊力和沖擊頻率的設(shè)定，取決于待加工零件表面相應(yīng)處的溫度、沖擊瞬間的組織組成和相組成。如果相應(yīng)處為過冷奧氏體等塑性優(yōu)良的相，可以采用適度的沖擊力和較高的沖擊頻率；如果相應(yīng)處為馬氏體等塑性很差的相，則適宜采用較大的沖擊力和較低的沖擊頻率；如果相應(yīng)處為珠光體等塑性一般的相，則適宜采用較大的沖擊力和較高的沖擊頻率。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬表面的可控形變技術(shù)，其特征是:多個(gè)撞針組成的陣列，對待處理件的待處理區(qū)域?qū)嵤┨囟◤?qiáng)度、特定頻率的沖擊形變處理，每一個(gè)撞針的沖擊強(qiáng)度、沖擊頻率均受控，充分滿足所處陣位被加工材料的形變需要，而又不至于引起過度形變和開裂。
2.按權(quán)利要求1所述的一種金屬表面的可控形變技術(shù)，其特征是:撞針之間互不干涉，即使被加工面為三維曲面，也能保證三維曲面的凹陷處獲得足夠的形變。
3.按權(quán)利要求1所述的一種金屬表面的可控形變技術(shù)，其特征是:如果被加工對象是剛剛形成的熔覆層，對其上一點(diǎn)來說，這種形變將會在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)持續(xù)，持續(xù)期間開始時(shí)可能是奧氏體組織，而后可能是珠光體組織或馬氏體組織或混合組織，這種持續(xù)能夠有效地緩解各個(gè)溫度區(qū)間、各種組織形成的應(yīng)力，直至某一較低的溫度形變結(jié)束，最終熔覆層與被加工件溫度一致時(shí)，熔覆層的拉應(yīng)力得到極大的緩解，甚至可以獲得一定的殘余壓應(yīng)力而進(jìn)一步提高零件的表面性能。
【文檔編號】C21D7/04GK103937948SQ201410189279
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】王瑛瑋, 曹延君, 程文竹, 侯婷 申請人:王瑛瑋