本發(fā)明涉及刀具，尤其是一種平面滾壓刀具。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的平面滾壓刀具，通常是單一的機械力、電磁力或超聲振動等方式，不能多場協(xié)動，無法適用于鋁合金表面加工。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服已有平面滾壓刀具的無法多場協(xié)動、性能較差的不足，本發(fā)明提供一種能夠多場協(xié)動、性能較高的多場協(xié)同作用的表面強化刀具。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種多場協(xié)同作用的表面強化刀具，包括刀柄部分和刀具本體，所述刀柄部分包括刀柄和刀柄連接塊，所述刀柄與所述刀柄連接塊連接，所述刀具本體包括導(dǎo)向塊和位于導(dǎo)向塊下部的滾珠組件，所述刀柄連接塊與所述導(dǎo)向塊的上端連接，所述刀具本體還包括彈性組件，所述導(dǎo)向塊自上而下依次布置彈性組件和滾珠組件，所述彈性組件與所述滾珠組件固定連接；在所述刀柄、導(dǎo)向塊、彈性組件和滾珠組件的中部開有用于布置通電及氣體通道和Ti+B4C電極的通孔。

進一步，所述滾珠組件包括陶瓷球固定套、滾珠給我保持架，所述保持架固定在所述陶瓷球固定套的下部，所述滾珠安裝在保持架內(nèi)。

再進一步，所述滾珠組件還包括蓋子，所述蓋子與保持架固定連接。

更進一步，所述陶瓷球固定套和保持架的一圈等圓弧間隔地開有球形保持孔，所述滾珠可自動滾動地位于所述球形保持孔內(nèi)，所述滾珠的下方一部分凸出所述保持架外；保持架邊緣有一個圓環(huán)板，板上開有四個扇形孔，以此來和導(dǎo)向塊低端的四個扇形柱相套牢；導(dǎo)向塊底端的四個扇形柱上有外螺紋，這樣將有內(nèi)螺紋的蓋子轉(zhuǎn)到空腔上，以此來將保持架固定在導(dǎo)向塊上；同時導(dǎo)向塊通過底部的扇形柱向保持架傳遞力矩和轉(zhuǎn)速；保持架中心有一個用于放置Ti+B4C電極的圓孔。

所述刀柄呈錐體形狀，所述刀柄的上端中心開有上通孔。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：使鋁合金表面改性來提升綜合防護能力，使其在面對載荷形式復(fù)雜、腐蝕與磨損交割等苛刻海洋服役環(huán)境時具有優(yōu)良的使用性能和較長的壽命。

據(jù)研究表明外力引起的塑性變形可以誘導(dǎo)鋁合金表面發(fā)生晶體學(xué)運動而實現(xiàn)晶粒納米化/超細晶化，這種晶粒尺寸梯度分布(納米晶-超細晶-細晶-粗晶)的多尺度結(jié)構(gòu)有利于提升鋁合金表面硬度及耐磨、防腐、抗疲勞性能。同時研究表明，這種納米梯度結(jié)構(gòu)還有利于外部原子向鋁合金芯部的擴散，提供了更多的擴散通道和反應(yīng)界面，降低了元素滲透所需的溫度和時間。

多場協(xié)同是指機械力、電、熱和超聲振動相互配合，擬在鋁合金表面構(gòu)筑“高硬強支撐”的復(fù)合多尺度結(jié)構(gòu)。其對于鋁合金表面主要是表面晶粒尺度調(diào)控和表面合金化。表面晶粒尺度調(diào)控在不加入基體之外元素的前提下，僅通過對金屬基體晶粒尺度的細化、梯度化實現(xiàn)在表面形成多尺度結(jié)構(gòu)，從而提升基體硬度，是典型的物理強化過程。表面合金化通過外加元素與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成復(fù)合層以提升硬度，是典型的化學(xué)強化過程。

刀具以滾壓+超聲振動協(xié)同在壓縮純N2氣氛中配和超聲高頻振動平臺對鋁合金表面進行塑性加工，滾壓是金屬在外界壓力的作用下，表面產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，來改善和提高機械零件的最終表面質(zhì)量和性能，具有光整和表面強化的雙重作用。超聲振動加到滾壓刀具上面具有降載作用,相當(dāng)于提高了工藝系統(tǒng)的剛度。這樣就可以在鋁合金表面產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，從而使鋁合金表面產(chǎn)生梯度納米層。

刀具以通電+滾壓+超聲振動協(xié)同在壓縮純N₂氣氛中對預(yù)制了納米梯度鋁合金表面進行合金化加工。在加工接觸區(qū)域引入壓縮純N₂氣，在滾壓+超聲振動協(xié)同加工過程中對工件進行氣氛保護和冷卻，在通電+滾壓+超聲振動協(xié)同加工過程中充當(dāng)電解質(zhì)并利用電離作用參與到合金化的反應(yīng)中。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：能夠多場協(xié)同(機械力、電、熱、超聲振動)的對鋁合金表面進行加工，使其表面納米化和金屬合金化，從而大幅提高性能。

附圖說明

圖1是滾壓刀具的剖視圖。

圖2是刀柄3維圖。

圖3是刀柄連接塊3維圖。

圖4是保持架圖。

圖5是保持架的截面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖5，一種多場協(xié)同作用的表面強化刀具，包括刀柄部分和刀具本體，所述刀柄部分包括刀柄1和刀柄連接塊3，所述刀柄1與所述刀柄連接塊3通過螺栓2連接，所述刀具本體包括導(dǎo)向塊6和位于刀具連接筒下部的滾珠組件及其他零件。所述刀柄連接塊3與所述導(dǎo)向塊6的上端通過螺栓5和螺母4連接。所述刀具本體還包括彈性組件7、陶瓷球固定套8、保持架10、陶瓷滾珠11、蓋子15。所述導(dǎo)向塊6自上而下依次布置彈性組件7、陶瓷球固定套8、陶瓷滾珠13、保持架10、蓋子15。將彈性組件7、陶瓷球固定套8、陶瓷滾珠13、保持架10依次裝入導(dǎo)向塊6的內(nèi)腔，最后用蓋子15將保持架10定牢，使導(dǎo)向塊6內(nèi)的零件固定。

所述滾珠組件包括陶瓷球固定套8、陶瓷滾珠13和保持架10，所述保持架10固定在所述陶瓷球固定套8的下部，所述陶瓷滾珠13安裝在保持架10內(nèi)。所述保持架10上有多個球形孔，能夠安裝多個所述陶瓷滾珠9，進一步降低加工表面粗糙度并顯著提升加工效率。

在刀柄1、導(dǎo)向塊6、彈性組件7、陶瓷球固定套8、中心開有孔，用來插入通電及氣體通道9。通電及氣體通道9下端與絕緣墊片11、Ti+B4C電極12、絕緣套14相連。絕緣墊片11、Ti+B4C電極12、絕緣套14放置在保持架10中心的孔中。以純Ti粉與B4C粉按比例通過粉末冶金的方式制成的電極，將其作為陽極，鋁合金工件為陰極，通電后形成短路釋放熱量，熔融Ti+B4C在正極性電場、滾壓機械力、超聲振動的協(xié)同促進下向預(yù)制了梯度結(jié)構(gòu)的鋁合金表面轉(zhuǎn)移，與淺表層熔融鋁合金發(fā)生反應(yīng)和機械摻雜，形成具有TiB2、TiC、AlC、AlN、B4C等硬質(zhì)相的表面高硬度強化層。

彈性組件7位于陶瓷球固定套8上方，并與導(dǎo)向塊6的內(nèi)壁有一定間隙。彈性組件7需要具有強度好，壓縮變形小的特性。彈性組件7在受到軸向力時發(fā)生壓縮變形，并發(fā)生輕微膨脹。當(dāng)彈性組件7受到導(dǎo)向塊6內(nèi)壁限制時，彈性組件7的壓縮強度變得更大。因此，彈性組件7不僅提供一定的壓縮變形，而且提供相當(dāng)?shù)膲嚎s強度，保證了刀頭在承受一定滾壓力的同時，能夠全部或部分地消除因工件表面不平整帶來的加工振動。

參照圖2和3，刀柄1成錐體形狀，能被機床等設(shè)備的主軸所裝夾。刀柄1和刀柄連接塊3有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，便于定位和保證同軸度，這樣在高速旋轉(zhuǎn)時能降低離心力。