用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭，涉及一種表面改性設(shè)備。多凸點(diǎn)沖頭包括夾持端和沖擊端，夾持端采用標(biāo)準(zhǔn)的兩坑兩槽式或四坑式，與沖擊發(fā)生設(shè)備的夾緊裝置配套，便于沖頭的安裝夾緊；沖擊端為圓柱狀，其端面均勻分布著多個(gè)凸點(diǎn)，利用凸點(diǎn)對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊，并且沖頭旋轉(zhuǎn)過(guò)程中使凸點(diǎn)與材料表面間產(chǎn)生摩擦。沖頭對(duì)材料表面的沖擊及摩擦作用，使材料表面晶粒發(fā)生細(xì)化，表面硬度得到提高；對(duì)焊接接頭進(jìn)行表面沖擊改性處理，使焊接接頭的組織和性能得到均一化，殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄嗬瓚?yīng)力，提高抗疲勞斷裂的性能，進(jìn)而提高焊接接頭的疲勞壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料表面改性裝置，特別是涉及一種用于材料表面改性的沖頭?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]很多金屬機(jī)械零部件的失效破壞常常源于金屬材料表面，如材料表面的磨損、腐蝕，或表面疲勞裂紋的產(chǎn)生，特別是對(duì)于一些焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，由于焊接技術(shù)本身所固有的集中加熱和快速冷卻過(guò)程，以及需要添加焊接材料的特點(diǎn)，造成焊接接頭與母材相比組織及性能的不均勻性，這種不均勻使焊接接頭成為結(jié)構(gòu)服役環(huán)境下的薄弱環(huán)節(jié)。另外，焊接接頭往往存在著焊接殘余拉應(yīng)力和應(yīng)力集中，降低了焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，使其成為疲勞斷裂的源頭。提高焊接接頭材料的表面性能，消除焊接殘余拉應(yīng)力，對(duì)于延長(zhǎng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的使用壽命具有重要意義。
[0003]對(duì)材料進(jìn)行表面改性處理，可以使焊接接頭表面材料的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，細(xì)化晶粒，提高焊接接頭的表面硬度，改變殘余應(yīng)力狀態(tài)，消除應(yīng)力集中，使殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力，進(jìn)而提高焊接接頭處的抗疲勞斷裂性能。在不改變材料表面成分的條件下，常用的材料表面改性方法有表面熱處理、高能?chē)娡?、機(jī)械研磨、激光噴丸等，其中高能?chē)娡琛C(jī)械研磨、激光噴丸的基本原理都是利用微細(xì)顆粒(或激光沖擊波)對(duì)材料表面進(jìn)行反復(fù)沖擊，通過(guò)使表面層金屬發(fā)生反復(fù)塑性變形而產(chǎn)生晶粒細(xì)化，從而提高材料表面性能。但是，這些傳統(tǒng)的表面改性方法需要專(zhuān)用設(shè)備，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，應(yīng)用范圍受到限制。
[0004]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種用于材料表面改性的沖頭，安裝在通用沖擊鉆、電錘或其他沖擊設(shè)備上，便能夠?qū)Σ牧媳砻孢M(jìn)行改性處理。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供一種用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭，安裝于沖擊發(fā)生裝置，用于對(duì)金屬材料表面進(jìn)行改性處理。
[0006]本發(fā)明的沖頭包括夾持端和沖擊端，夾持端采用與市售沖擊鉆頭相同的標(biāo)準(zhǔn)兩坑兩槽式或四坑式，與沖擊發(fā)生設(shè)備(沖擊鉆、電錘或?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)的沖擊設(shè)備)的夾緊裝置配套，便于沖頭的安裝夾緊；沖擊端為圓柱狀，其直徑可以與夾持端相同，也可以不同，沖擊端的端面均勻分布著多個(gè)凸點(diǎn)，利用凸點(diǎn)對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊改性。沖頭的夾持端和沖擊端同軸，可以為整體制造的一體式，也可以采用分體式，分別制造后再通過(guò)焊接或機(jī)械連接方法組裝為一體。
[0007]本發(fā)明的沖頭安裝在沖擊鉆、電錘或其他沖擊發(fā)生設(shè)備上，利用沖頭沖擊端的凸點(diǎn)對(duì)材料表面的沖擊作用以及由于沖頭旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的對(duì)材料表面的摩擦剪切作用，對(duì)材料表面進(jìn)行改性處理，提高材料表面性能。
[0008]端面采用多凸點(diǎn)的有益作用，一是實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)沖擊，提高沖擊效率；二是多凸點(diǎn)均勻分布，偏離沖頭軸線的凸點(diǎn)與材料表面接觸時(shí)，由于沖頭在不斷旋轉(zhuǎn)中，凸點(diǎn)與材料表面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)摩擦，凸點(diǎn)對(duì)材料表面有剪切作用，有利于改善表面晶粒形狀和方向。沖擊和剪切的綜合作用更有利于在表層獲得細(xì)小的等軸晶，改善表面性能。另外，對(duì)焊接接頭材料表面的沖擊及摩擦剪切作用，能夠消除應(yīng)力集中和焊接殘余拉應(yīng)力，并在表面層獲得壓應(yīng)力，提高接頭抗疲勞性能。
[0009]沖頭沖擊端圓柱體直徑范圍為10~40mm，凸點(diǎn)可以是半球，也可以是球冠，凸點(diǎn)圓弧半徑范圍為2~5_，具體尺寸及凸點(diǎn)數(shù)量根據(jù)沖擊設(shè)備沖擊力大小和被沖擊材料的種類(lèi)進(jìn)行選擇。沖擊端端面上的凸點(diǎn)通過(guò)機(jī)械加工方法形成，或者利用焊接等連接方法在沖擊端圓形端面上裝配上多個(gè)球冠體形成凸點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明沖頭實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I為夾持端(采用兩坑兩槽式)，2為沖擊端。
[0011]圖2為圖1所不A-A首I]視圖。
[0012]圖3為圖1所示沖頭沖擊端端面上凸點(diǎn)分布狀態(tài)示意圖。
[0013]圖4為本發(fā)明沖頭實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I為夾持端(采用四坑式)，2為沖擊端。
[0014]圖5為圖4所不A-A首I]視圖。
[0015]圖6為圖4所示沖頭沖擊端端面上凸點(diǎn)分布狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，沖頭包括夾持端I和沖擊端2，夾持端與沖擊端分別制造，通過(guò)焊接連接為一體。夾持端采用標(biāo)準(zhǔn)的兩坑兩槽式(圖2為夾持端剖面圖)，沖頭沖擊端2圓柱體直徑大于夾持端直徑，端面上均勻分布著多個(gè)凸點(diǎn)，凸點(diǎn)分布示意圖如附圖3所示。本實(shí)施例的沖頭端面直徑大，凸點(diǎn)數(shù)量多，安裝于沖擊力較大的沖擊設(shè)備，或者用于強(qiáng)度較低的材料的表面改性。沖擊端的凸點(diǎn)通過(guò)機(jī)械加工方法形成，或者利用焊接等連接方法在沖擊端圓形端面上裝配上球冠體形成凸點(diǎn)。
[0018]使用方法:將沖頭夾持端I安裝在適用兩坑兩槽的沖擊發(fā)生設(shè)備(如沖擊鉆或電錘或?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)的沖擊設(shè)備)的夾緊裝置上，使沖頭軸線與工件表面垂直，沖擊端2端面上的凸點(diǎn)與工件材料表面接觸，并施加一定的壓力，啟動(dòng)沖擊設(shè)備后，沖頭旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生沖擊作用，沖擊端2端面的凸點(diǎn)不斷沖擊工件材料表面，并與工件材料表面間產(chǎn)生摩擦，使得工件材料表面層發(fā)生反復(fù)塑性變形。移動(dòng)沖擊設(shè)備或工件，使沖頭在工件表面上往復(fù)移動(dòng)，完成對(duì)所需范圍的工件表面的沖擊改性。
[0019]實(shí)施例2`[0020]用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭的結(jié)構(gòu)如附圖4所示，沖頭包括夾持端I和沖擊端2，夾持端與沖擊端整體制造，夾持端采用標(biāo)準(zhǔn)的四坑式(圖5為夾持端剖面圖)，沖頭沖擊端2圓柱體直徑等于夾持端直徑，端面上均勻分布著多個(gè)凸點(diǎn)，凸點(diǎn)分布示意圖如附圖6所示。本實(shí)施例的沖頭端面直徑較小，凸點(diǎn)數(shù)量少，安裝于沖擊力較小的沖擊設(shè)備，或者用于強(qiáng)度較高的材料的表面改性。沖擊端的凸點(diǎn)通過(guò)機(jī)械加工方法形成，或者利用焊接等連接方法在沖擊端圓形端面上裝配上球冠體形成凸點(diǎn)。[0021]使用方法:將沖頭夾持端I安裝在適用四坑式?jīng)_頭的沖擊發(fā)生設(shè)備(如沖擊鉆或電錘或?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)的沖擊設(shè)備)的夾緊裝置上，使沖頭軸線與工件表面垂直，沖擊端2端面上的凸點(diǎn)與工件材料表面接觸，并施加一定的壓力，啟動(dòng)沖擊設(shè)備后，沖頭旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生沖擊作用，沖擊端2端面的凸點(diǎn)不斷沖擊工件材料表面，并與工件材料表面間產(chǎn)生摩擦，使得工件材料表面層發(fā)生反復(fù)塑性變形。移動(dòng)沖擊設(shè)備或工件，使沖頭在工件表面上往復(fù)移動(dòng)，完成對(duì)所需范圍的工件表 面的沖擊改性。
【權(quán)利要求】
1.用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭，包括與沖擊發(fā)生設(shè)備夾緊裝置相連的夾持端和與材料表面接觸的沖擊端，其特征在于:沖頭的夾持端為兩坑兩槽式或四坑式，沖擊端為圓柱狀，其端面分布著多個(gè)凸點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求(I)所述的用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭，夾持端與沖擊端同軸，可以為整體制造的一體式，也可以為分體制造后再組裝的分體式。
3.根據(jù)權(quán)利要求(I)所述的用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭，其沖擊端圓柱體直徑范圍為10~40mm ;凸點(diǎn)弧面圓弧半徑范圍為2~5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求(I)所述的用于材料表面改性的多凸點(diǎn)沖頭，沖擊端的凸點(diǎn)通過(guò)機(jī)械加工方法形成，或者利用焊接等連接方`法在沖擊端圓形端面上裝配上球冠體形成凸點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】C21D7/04GK103820622SQ201410088909
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】張?jiān)? 滕誠(chéng)信, 孫永兵, 李騰飛, 張磊, 李禎, 劉志波 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)