集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法及装置

技术特征：
1.一种集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、采用粒径为d1的大尺寸弹丸配合超声喷丸设备对工件表面进行第一次超声喷丸处理，使工件表面获得一定深度的纳米晶粒层；s2、采用粒径为d2的小尺寸弹丸配合超声喷丸设备对工件表面进行第二次超声喷丸处理，同时对工件施加脉冲电流，利用脉冲电流对工件的电致塑性效应，配合小尺寸弹丸冲击，将大尺寸弹丸轰击产生的峰高度降低，以实现类似抛磨的效果；其中，d2＜d1。2.根据权利要求1所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法，其特征在于，步骤s1在第一工位进行，步骤s2在第二工位进行。3.根据权利要求1所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法，其特征在于，所述大尺寸弹丸的粒径d1的范围为3-5mm；所述小尺寸弹丸的粒径d2的范围为0.5-2.5mm。4.根据权利要求1所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法，其特征在于，更换小尺寸弹丸时，可依据工件材质特性与第一次喷丸后的表面形貌柔性选择合适尺寸的小尺寸弹丸，并调整第二次喷丸时小尺寸弹丸的工作距离与工作时间；也可依据工件材质特性灵活改变脉冲电流的密度和频率，以产生不同层次的电致塑性效应。5.根据权利要求4所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法，其特征在于，当工件材质为硬质金属时，第二次更换的小尺寸弹丸粒径d2需满足d1-d2＜2mm，并可通过缩小喷丸工作距离、延长喷丸时间，以实现更好的抛磨效果；当工件材质为软质金属时，第二次更换的小尺寸弹丸粒径d2需满足d1-d2≥2mm，为提升工作效率，第二次喷丸的工作距离和工作时间可不改变，进行微抛磨。6.根据权利要求4所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法，其特征在于，当工件材质为硬质金属时，可增大第二次喷丸时脉冲电流的密度和频率，提高强化时的电致塑性效应，增强小尺寸弹丸超声冲击的抛磨效果，进一步改善表面粗糙度及纳米化质量；当工件材质为软质金属时，可减小第二次喷丸时脉冲电流的密度和频率，削减电致塑性效应，避免产生“过喷”效应导致粗糙度增大。7.一种集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理装置，其特征在于，包括超声喷丸设备、脉冲电源、平移驱动装置、工作台架和升降平台；所述工作台架包括上下间隔设置的上工作平台和下工作平台；所述上工作平台设置第一工位和第二工位，第一工位处安装有第一喷丸腔，第一喷丸腔内用于放置大尺寸弹丸，第一喷丸腔上端用于固定工件，第二工位处安装有第二喷丸腔，第二喷丸腔内用于放置小尺寸弹丸，第二喷丸腔上端用于固定工件，上工作平台在第一喷丸腔和第二喷丸腔下方分别开设用于超声振动工具头穿过的通孔；所述平移驱动装置设置于下工作平台，所述升降平台安装于平移驱动装置的平移部件上，所述超声喷丸设备安装于升降平台上，通过平移驱动装置驱动所述超声喷丸设备在第一工位与第二工位之间移动，通过升降平台调节超声喷丸设备的超声振动工具头的高度；所述脉冲电源位于第二工位一侧，其电脉冲正极接头和电脉冲负极接头用于连接第二工位处的工件。8.根据权利要求7所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理装置，其特征在于，所述超声喷丸设备包括依次相连的超声波发生器、超声波换能器、变幅杆和超声振动工具头；其中，超声波换能器直接安装于所述升降平台上，超声波换能器上部依次连接变幅杆和超声振动工具头；所述超声波发生器置于工作台架一侧，通过数据线与所述超声波换能器
连接。9.根据权利要求7所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理装置，其特征在于，所述第二喷丸腔为绝缘材料。10.根据权利要求7所述的集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理装置，其特征在于，所述平移驱动装置包括滚珠丝杠组件和电机，所述电机与滚珠丝杠组件的丝杠连接，所述升降平台安装于滚珠丝杠组件的滑台上。

技术总结
本发明涉及一种集表面纳米化与抛磨一体的超声喷丸处理方法，S1、采用粒径为d1的大尺寸弹丸配合超声喷丸设备对工件表面进行第一次超声喷丸处理，使工件表面获得一定深度的纳米晶粒层；S2、采用粒径为d2的小尺寸弹丸配合超声喷丸设备对工件表面进行第二次超声喷丸处理，同时对工件施加脉冲电流，利用脉冲电流对工件的电致塑性效应，配合小尺寸弹丸冲击，将大尺寸弹丸轰击产生的峰高度降低，以实现类似抛磨的效果；其中，d2＜d1。本发明以小尺寸弹丸超声冲击改善大尺寸弹丸超声冲击后的较差形貌，并同时施加脉冲电流，利用电致塑性效应弥补小尺寸弹丸冲击能量不足的缺陷，进一步提升形貌修复效果及表面纳米化质量。升形貌修复效果及表面纳米化质量。升形貌修复效果及表面纳米化质量。


技术研发人员：尹飞 陈裕 华林
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2022.10.21
技术公布日：2023/1/31