一种用于金属表面纳米化的气动碾压工具

1.本发明属于金属表面机械处理技术领域，尤其涉及一种用于金属表面纳米化的气动碾压工具。


背景技术：

2.纳米材料拥有许多优越的物理和化学性能，过去几十年来一直是科学热点。纳米材料具有超高的强度、优异的耐磨性，以及低温高应变速率下的良好塑性成形性，这意味着纳米材料具有潜在的重要工程应用价值。
3.强烈塑性变形是制备纳米结构金属材料的一种有效方法，强烈塑性变形法有制备工艺简单、不存在界面污染、孔隙类缺陷少等优点，因此得到了广泛研究和应用。其中，金属表面机械碾磨技术，是在金属表面压入硬质压头，并使其与金属发生相对移动产生滑动摩擦力，例如中国发明专利公开文件cn101555543a公开了一种金属材料表面纳微米化的方法与装置，利用硬质压头使金属表面发生塑性变形，进而促使金属表面晶粒碎化至纳米级。表面机械碾磨技术的最关键工艺参数之一为工具头下压力，传统的表面机械碾磨技术是通过位移控制工具头压入金属表面，再由三相力传感器将其力值反馈，且力值大小并不可控，导致工艺参数可控范围受限。另外，位移控制法前序工作繁琐，需要准确校准工具头与材料表面的初始距离，对材料表面平面度要求也较高，严重限制其工程应用。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种用于金属表面纳米化的气动碾压工具，以解决现有技术中工艺参数可控范围受限、搭建外部气路气缸气压不可控、以及下压力无法控制的问题。
5.本发明提供了一种用于金属表面纳米化的气动碾压工具，包括：
6.传感器组件和顺序连接的控制组件、气缸组件以及工具头组件，
7.所述传感器组件和所述气缸组件分别与控制组件相连，由所述控制组件控制气路气压；
8.所述传感器组件包括传感器座1和安装在所述传感器座上的三相力传感器2，所述三相力传感器2与所述控制组件相连；
9.所述控制组件包括气压控制比例阀3，所述气压控制比例阀3与所述气缸组件相固连；
10.所述气缸组件包括传感器安装板4、气缸上板5、气缸6、气缸座7和花键杆10，所述传感器安装板4设置在所述气缸上板5的上部，所述气缸座7为h型中空支撑结构，所述气缸上板5设置在气缸座6的顶部，所述气缸6固定在所述气缸上板5下部并被容纳在所述气缸座7的中空内部，两个花键杆10嵌入到所述h型中空支撑结构的两个支撑腿的内部；
11.所述工具头组件包括顺序连接的气缸连接螺母8、压紧法兰9、导向座11、工具头安装座12和工具头13，所述气缸连接螺母8的上部与所述气缸6的推杆连接，所述气缸连接螺
母8的下部通过压紧法兰9与所述导向座11的上侧相连，所述导向座11上侧的两端设置有与气缸组件中的花键杆10配合导向的槽孔，所述工具头安装座12安装在所述导向座11的下侧，所述工具头13安装在所述工具头安装座12的下侧，所述花键杆10与所述导向座11滑动配合以实现所述工具头组件在所述气缸组件上的导向；
12.当给定初始推杆下压力，所述气缸6带动下端所述工具头13与金属表面接触时，所述三相力传感器2接收到从所述工具头组件的工件反作用力后，反馈给所述控制组件，由所述控制组件进行气路气压的补偿或卸载，调控所述推杆下压力为设定值，控制与所述气缸组件相连所述工具头组件的下压力。
13.进一步地，所述气缸6为iso15552复动型标准气缸。
14.进一步地，所述工具头安装座12为中空圆柱体，包括外部螺帽和内部螺纹压簧两部分，与所述工具头13同轴安装，所述工具头顶部插入所述工具头安装座12后，通过拧紧所述外部螺帽来固定所述工具头13。
15.进一步地，所述工具头13为棒状圆柱体，所述工具头底部嵌入半球形硬质合金碾压头。
16.本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
17.1.通过气缸连接工具头输出恒定推力，使得工艺参数可控范围不受限；
18.2.利用外围辅助工装保证其整体结构刚度；
19.3.搭建外部气路使气缸气压精确可控，实现了下压力的控制。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
21.图1是本发明提供的一种用于金属表面纳米化的气动碾压工具的整体结构示意图；
22.图2为本发明提供的三相力传感器的结构示意图；
23.图3为本发明提供的气压控制比例阀的结构示意图；
24.图4为本发明提供的气缸座的结构示意图；
25.图5为本发明提供的iso15552复动型标准气缸结构示意图；
26.图6是本发明提供的碾压工具头的结构示意图。
具体实施方式
27.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
28.下面将结合附图详细说明根据本发明的一种用于金属表面纳米化的气动碾压工具。
29.图1是本发明提供的一种用于金属表面纳米化的气动碾压工具的整体结构示意图。
30.如图1所示，该气动碾压工具包括：传感器组件和顺序连接的控制组件、气缸组件以及工具头组件，传感器组件与控制组件相连，由控制组件控制气路气压，控制组件与气缸组件相连；
31.图2为本发明提供的三相力传感器的结构示意图；图3为本发明提供的气压控制比例阀的结构示意图。
32.传感器组件包括传感器座1和安装在传感器座上的三相力传感器2，三相力传感器2与控制组件相连；
33.传感器座1为一个顶部带有圆柱凸台的长宽相等的长方体，其底部用于安装三相力传感器2，顶部的圆柱凸台用于和机床主轴连接。
34.三相力传感器2与传感器座1长宽一致，上部与传感器座1相连，下部与气压控制比例阀3相连，用于实时测定整体工装的三相分力大小。
35.气压控制比例阀3为长宽相等的长方体，上部与三相力传感器2相连，下部与气缸组件相固连，用于调控气路气压；
36.控制组件包括气压控制比例阀3，气压控制比例阀3与气缸组件相固连；
37.图4为本发明提供的气缸座的结构示意图。
38.气缸组件包括传感器安装板4、气缸上板5、气缸6、气缸座7和花键杆10，传感器安装板4设置在气缸上板5的上部，气缸座7为h型中空支撑结构，气缸上板5设置在气缸座6的顶部，气缸6固定在气缸上板5下部并被容纳在气缸座7的中空内部，两个花键杆10嵌入到h型中空支撑结构的两个支撑腿的内部；
39.其中，传感器安装板4与气缸上板5为长方体，二者长宽相等，传感器安装板4上部与气压控制比例阀3相连，下部与气缸上板5相连，气缸上板5下部与气缸座7相连。
40.工具头组件包括顺序连接的气缸连接螺母8、压紧法兰9、导向座11、工具头安装座12和工具头13，气缸连接螺母8的上部与气缸6的推杆连接，气缸连接螺母8的下部通过压紧法兰9与导向座11的上侧相连，导向座11上侧的两端设置有与气缸组件中的花键杆10配合导向的槽孔，工具头安装座12安装在导向座11的下侧，工具头13安装在工具头安装座12的下侧，花键杆10与导向座11滑动配合以实现工具头组件在气缸组件上的导向；
41.当给定初始推杆下压力，气缸6带动下端工具头13与金属表面接触时，三相力传感器2接收到从工具头组件的工件反作用力后，反馈给控制组件，由控制组件进行气路气压的补偿或卸载，调控推杆下压力为设定值，控制与气缸组件相连工具头组件的下压力。
42.图5为本发明提供的iso15552复动型标准气缸结构示意图。
43.其中，气缸座7采用h型中空支撑结构，气缸6为iso15552复动型标准气缸，安装在气缸座7中部，花键杆10为带有轴向键槽的棒状圆柱体，导向座11为长方体。气缸推杆通过气缸连接螺母8及压紧法兰9与导向座11相连，传递轴向载荷，花键杆上部嵌入气缸座两侧，下部与导向座11相连，可带动导向座11沿轴向移动，并可承受一定的径向载荷。
44.图6是本发明提供的碾压工具头的结构示意图。
45.工具头安装座12为中空圆柱体，包括外部螺帽和内部螺纹压簧两部分，与工具头13同轴安装，工具头顶部插入工具头安装座12后，通过拧紧外部螺帽来固定工具头13。
46.工具头13为棒状圆柱体，工具头底部嵌入半球形硬质合金碾压头。
47.工作时，传感器组件中的三相力传感器2接收到从气缸组件传导过来的工具头组件的工件反作用力后，及时反馈给控制组件，由控制组件控制气缸组件的推杆位移量，从而控制与气缸组件相连的气缸组件的位移量。通过气缸连接工具头输出恒定推力，使得工艺参数可控范围不受限，搭建外部气路使气缸气压精确可控，实现了下压力的控制。
48.上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本技术的可选实施例，在此不再一一赘述。
49.本领域的普通技术人员应当理解：对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。