CN110408929B - 一种多元合金层的摩擦涂敷装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多元合金层的摩擦涂敷装置及加工方法，其包括机床和固定装置；机床上设有钻夹头，钻夹头对准固定装置；固定装置通过夹紧装置固定于机床的基座上，固定装置包括主体、用于合金棒料的进给装置，主体为空心圆柱体，主体的侧壁上设有螺纹孔；合金棒料嵌置于进给装置内，进给装置穿装于主体的螺纹孔中且固定。利用简单的机械装置以及不同合金圆柱棒料的组合，可快速在碳钢工件的表面涂敷渗一层多元合金层，赋予碳钢工件表面耐蚀、耐磨、抗高温氧化等功能，且涂覆层厚度均匀；另外在摩擦涂敷过程中，多元合金层与碳钢表面发生互渗作用，提高了多元合金层与碳钢表面的结合强度，整个装置能耗小，无污染，操作工艺简单快捷。

Description

一种多元合金层的摩擦涂敷装置及加工方法

技术领域

本发明涉及一种表面改性技术领域，特别涉及一种多元合金层的摩擦涂敷装置及加工方法。

背景技术

现代材料表面处理技术应用领域十分广泛，遍及各行业，如航空航天、舰船、国防武器装备，交通工程、光学仪器及其他机械工程领域；包含的内容也十分广泛，不仅赋予材料耐蚀、耐磨、装饰防护、导热、耐热等如上所述功能，还是强化、修复失效部件再利用的重要手段以及开发新材料和新部件的重要技术。随着基础工业及高新技术产品的发展，对优质、高效表面改性及涂层技术的需求向纵深延伸，国内外在该领域与相关学科相互促进的局势下，在诸如“热化学表面改性”、“高能等离子体表面涂层”、“金刚石薄膜涂层技术”以及“表面改性与涂层工艺模拟和性能预测”等方面都有着很大的进展。目前的表面处理技术手段包括覆盖层技术，例如电镀层、化学镀层、涂装、堆焊、热喷涂以及五覆盖层表面改性技术，如喷丸强化、表面热处理、化学热处理、等离子扩渗处理、激光表面处理等。但是目前的表面改性技术存在耗能大、工艺复杂、成本高等问题。

发明内容

本发明提出一种多元合金层的摩擦涂敷装置及加工方法，目的在于降低表面改性的成本与耗能，以简单工艺达到表面改性的优化效果。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种多元合金层的摩擦涂敷装置，包括：

机床和用于合金棒料的固定装置；

机床上设有用于夹持待涂敷工件的钻夹头，钻夹头对准固定装置；

固定装置通过夹紧装置固定于机床的基座上，固定装置包括主体、用于合金棒料的进给装置，主体为空心圆柱体，主体的侧壁上设有螺纹孔；合金棒料嵌置于进给装置内，进给装置穿装于主体的螺纹孔中且固定。

可选地，机床采用钻铣床。

可选地，主体侧壁上螺纹孔的数量为一个或一个以上，多个螺纹孔均布于主体四周。

可选地，主体的侧壁上还设有观察孔。

可选地，主体为空心结构，其顶部开口处的内侧壁形成倒角。

可选地，主体为空心结构，其顶部开口处的内侧壁形成倒角，倒角的角度为30-60度。

可选地，主体外侧壁底部形成便于夹持的夹持台。

可选地，，进给装置包括弹性件、内套筒和进给螺栓，所述内套筒一端螺纹连接于主体的螺纹孔中，内套筒的内部空腔形成有凸台，合金棒料穿装于内套筒中螺纹连接于主体一侧，合金棒料一端悬置于内套筒外，另一端穿装于凸台中；所述弹性件设置于内套筒中，所述进给螺栓穿装于内套筒中，弹性件一端与凸台相抵触，另一端与进给螺栓相抵触。

可选地，进给装置还包括外套筒，所述外套筒螺纹连接于内套筒另一端。

可选地，弹性件为弹簧。

可选地，凸台为环形空心的柱体结构。

可选地，凸台由至少两块对称分布的凸起构建形成。

可选地，夹紧装置为平口虎钳，主体的夹持台表面与平口虎钳的夹持面相贴合，平口虎钳夹紧固定主体。

所述待涂敷工件为碳钢工件。

基于前文所述的多元合金层的摩擦涂敷装置的加工方法，其包括以下步骤：

安装步骤、调试步骤、加工步骤和卸载步骤；

安装步骤包括先将机床的工作端上升到预设的高度，将钻夹头安装到机床的工作端上，将待涂敷的工件安装于钻夹头上，移动平口虎钳的活动钳口将固定装置的主体夹紧在平口虎钳上；

调试步骤包括将不同材料的合金棒料放置于内套筒中，将进给螺栓向内套筒中旋进，直到合金棒料、弹性件和进给螺栓依次接触，且合金棒料不受作用力；然后将含有合金棒料的内套筒螺纹连接于主体上，移动机床的工作端，利用主体顶部开口处的倒角使得钻夹头对准主体，移动钻夹头将待涂敷工件下降至设定位置后锁定钻夹头，转动进给螺栓使合金棒料与待涂敷工件之间产生压力；

加工步骤包括开启机床的电源，控制机床上的钻夹头旋转，待涂敷工件与合金棒料之间通过压力、转速和摩擦涂敷时间达到摩擦涂敷渗透；待涂敷工件和合金棒料之间的压力可以通过进给螺栓的旋进长度进行控制调节，待涂敷工件和合金棒料之间的相对转速可以通过机床进行控制调节，还可通过控制待涂敷工件和合金棒料之间的摩擦涂敷时间达到不同涂敷效果；可通过观察孔观察涂敷效果；

卸载步骤包括通过观察孔观察涂敷效果达到预设效果时，关闭机床的电源，停止待涂敷工件的转动，反向旋出进给螺栓使得合金棒料与待涂敷工件分离，向上移动机床，将钻夹头松开，取下待涂敷工件。

本发明的有益效果是：

利用简单的机械装置以及不同合金圆柱棒料的组合，可快速在碳钢工件的表面涂敷渗一层多元合金层，赋予碳钢工件表面耐蚀、耐磨、抗高温氧化等功能，且涂覆层厚度均匀；另外在摩擦涂敷过程中，由于温度的升高以及压力的作用，多元合金层与碳钢表面发生互渗作用，两者之间产生结合层，进而大大提高了多元合金层与碳钢表面的结合强度，通过碳钢工件与合金棒料之间的压力、相对转速及工作时间控制碳钢表面多元合金层的厚度，整个装置投资小，能耗小，无污染，与现有技术相比，操作工艺简单快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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他的附图。

图1为本发明一种多元合金层的摩擦涂敷装置的结构示意图；

图2为本发明一种多元合金层的摩擦涂敷装置中所述固定装置的结构示意图；

图3为本发明一种多元合金层的摩擦涂敷装置中所述主体的结构示意图；

图4为本发明一种多元合金层的摩擦涂敷装置中所述进给装置的结构示意图。

图5为利用本发明一种多元合金层的摩擦涂敷装置加工后20钢的微观组织示意图。

附图标记：

1、机床；1-1、钻夹头；2、待涂敷工件；3、固定装置；3-1、主体；3-1a、倒角；3-1b、螺纹孔；3-1c、观察孔；3-1d、夹持台；3-2、进给装置；3-2-1、凸台；3-2-2、弹性件；3-2-3、内套筒；3-2-4、外套筒；3-2-5、进给螺栓；4、平口虎钳；4-1、活动钳口；5、合金棒料。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本申请公开了一种多元合金层的摩擦涂敷装置，包括机床和用于合金棒料的固定装置；

机床1上设有用于夹持待涂敷工件2的钻夹头1-1，钻夹头对准固定装置3；

固定装置通过夹紧装置4固定于机床的基座上，固定装置包括主体3-1、用于合金棒料的进给装置3-2，主体为空心圆柱体，主体的侧壁上设有螺纹孔3-1b；合金棒料5嵌置于进给装置内，进给装置穿装于主体的螺纹孔中且固定。

可选地，机床采用钻铣床。所述钻铣床竖直设置，钻夹头上下移动。

可选地，主体侧壁上螺纹孔的数量为一个或一个以上，多个螺纹孔均布于主体四周；通过多个螺纹孔内配置含有合金棒料的进给装置，提高待涂敷工件与合金棒料之间的工作效率。

可选地，主体的侧壁上还设有观察孔3-1c。通过观察孔观察主体内待涂敷工件与合金棒料之间的涂敷效果。

可选地，主体为空心结构，其顶部开口处的内侧壁形成倒角3-1a。

可选地，主体为空心结构，其顶部开口处的内侧壁形成倒角，倒角的角度为30-60度。通过倒角结构扩大主体的空心尺寸，便于提高钻夹头对准主体的准确性。

可选地，主体外侧壁底部形成便于夹持的夹持台3-1d。

可选地，，进给装置包括弹性件3-2-2、内套筒3-2-3和进给螺栓3-2-5，所述内套筒一端螺纹连接于主体的螺纹孔中，内套筒的内部空腔形成有凸台3-2-1，合金棒料穿装于内套筒中螺纹连接于主体一侧，合金棒料一端悬置于内套筒外，另一端穿装于凸台中；所述弹性件设置于内套筒中，所述进给螺栓穿装于内套筒中，弹性件一端与凸台相抵触，另一端与进给螺栓相抵触。

可选地，进给装置还包括外套筒3-2-4，所述外套筒螺纹连接于内套筒另一端。当进给螺栓与内套筒之间出现滑丝状态时，进给螺栓无法起到旋紧固定的作用，通过外套筒与进给螺栓螺旋紧固，从而外套筒起到进一步的紧固保障作用。

可选地，弹性件为弹簧。

可选地，凸台为环形空心的柱体结构，合金棒料穿装于凸台中。

可选地，凸台由至少两块对称分布的凸起构建形成，合金棒料穿装于凸台中。

当弹性件为弹簧时，通过凸台阻挡弹簧受力突出滑落。

可选地，夹紧装置为平口虎钳，主体的夹持台表面与平口虎钳的夹持面相贴合，平口虎钳夹紧固定主体。通过主体的夹持台便于提高平口虎钳的活动虎钳夹紧时的稳固性，防止主体受待涂敷工件旋转的作用下旋转移位。

本公开实施例还提出了基于前文所述的多元合金层的摩擦涂敷装置的加工方法，其包括以下步骤：

安装步骤、调试步骤、加工步骤和卸载步骤；

安装步骤包括先将机床的工作端上升到预设的高度，将钻夹头安装到机床的工作端上，将待涂敷的工件安装于钻夹头上，移动平口虎钳的活动钳口将固定装置的主体夹紧在平口虎钳上；

调试步骤包括将不同材料的合金棒料放置于内套筒中，将进给螺栓向内套筒中旋进，直到合金棒料、挡块、弹性件和进给螺栓依次接触，且合金棒料不受作用力；然后将含有合金棒料的内套筒螺纹连接于主体上，移动机床的工作端，利用主体顶部开口处的倒角使得钻夹头对准主体，移动钻夹头将待涂敷工件下降至设定位置后锁定钻夹头，转动进给螺栓使合金棒料与待涂敷工件之间产生压力；

加工步骤包括开启机床的电源，控制机床上的钻夹头旋转，待涂敷工件与合金棒料之间通过压力、转速和摩擦涂敷时间达到摩擦涂敷渗透；待涂敷工件和合金棒料之间的压力可以通过进给螺栓的旋进长度进行控制调节，待涂敷工件和合金棒料之间的相对转速可以通过机床进行控制调节，还可通过控制待涂敷工件和合金棒料之间的摩擦涂敷时间达到不同涂敷效果；可通过观察孔观察涂敷效果；

卸载步骤包括通过观察孔观察涂敷效果达到预设效果时，关闭机床的电源，停止待涂敷工件的转动，反向旋出进给螺栓使得合金棒料与待涂敷工件分离，向上移动机床，将钻夹头松开，取下待涂敷工件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，包括：

机床和用于合金棒料的固定装置；

机床上设有用于夹持待涂敷工件的钻夹头，钻夹头对准固定装置；

固定装置通过夹紧装置固定于机床的基座上，固定装置包括主体、用于合金棒料的进给装置，主体为空心圆柱体，主体的侧壁上设有螺纹孔；合金棒料嵌置于进给装置内，进给装置穿装于主体的螺纹孔中且固定。

2.如权利要求1所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，主体侧壁上螺纹孔的数量为一个或两个以上，多个螺纹孔均布于主体四周。

3.如权利要求1所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，主体的侧壁上还设有观察孔。

4.如权利要求1所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，主体为空心结构，其顶部开口处的内侧壁形成倒角。

5.如权利要求1所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，主体外侧壁底部形成便于夹持的夹持台。

6.如权利要求1所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，进给装置包括弹性件、内套筒和进给螺栓，所述内套筒一端螺纹连接于主体的螺纹孔中，内套筒的内部空腔形成有凸台，合金棒料穿装于内套筒中螺纹连接于主体一侧，合金棒料一端悬置于内套筒外，另一端穿装于凸台中；所述弹性件设置于内套筒中，所述进给螺栓穿装于内套筒中，弹性件一端与凸台相抵触，另一端与进给螺栓相抵触。

7.如权利要求6所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，进给装置还包括外套筒，所述外套筒螺纹连接于内套筒另一端。

8.如权利要求6所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，凸台为环形空心的柱体结构。

9.如权利要求5所述的一种多元合金层的摩擦涂敷装置，其特征在于，夹紧装置为平口虎钳，主体的夹持台表面与平口虎钳的夹持面相贴合，平口虎钳夹紧固定主体。

10.基于权利要求1-9中任意一项的一种多元合金层的摩擦涂敷装置的加工方法，其特征在于，包括：

安装步骤、调试步骤、加工步骤和卸载步骤；

安装步骤包括先将机床的工作端上升到预设的高度，将钻夹头安装到机床的工作端上，将待涂敷的工件安装于钻夹头上，移动平口虎钳的活动钳口将固定装置的主体夹紧在平口虎钳上；

调试步骤包括将不同材料的合金棒料放置于内套筒中，将进给螺栓向内套筒中旋进，直到合金棒料、弹性件和进给螺栓依次接触，且合金棒料不受作用力；然后将含有合金棒料的内套筒螺纹连接于主体上，移动机床的工作端，利用主体顶部开口处的倒角使得钻夹头对准主体，移动钻夹头将待涂敷工件下降至设定位置后锁定钻夹头，转动进给螺栓使合金棒料与待涂敷工件之间产生压力；

加工步骤包括开启机床的电源，控制机床上的钻夹头旋转，待涂敷工件与合金棒料之间通过压力、转速和摩擦涂敷时间达到摩擦涂敷渗透；待涂敷工件和合金棒料之间的压力可以通过进给螺栓的旋进长度进行控制调节，待涂敷工件和合金棒料之间的相对转速可以通过机床进行控制调节，还可通过控制待涂敷工件和合金棒料之间的摩擦涂敷时间达到不同涂敷效果；可通过观察孔观察涂敷效果；

卸载步骤包括通过观察孔观察涂敷效果达到预设效果时，关闭机床的电源，停止待涂敷工件的转动，反向旋出进给螺栓使得合金棒料与待涂敷工件分离，向上移动机床，将钻夹头松开，取下待涂敷工件。

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