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龙图腾网获悉吉林大学申请的专利一种基于高频脉冲电流的金属零部件强化装置和方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117144094B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-02发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311135242.7，技术领域涉及：C21D1/40；该发明授权一种基于高频脉冲电流的金属零部件强化装置和方法是由朱先勇;徐衍衡;袁志伟;肖雄;于乐;张轲;张茗福;张津源;王晨;孙照学;吕长春;杨嵩;姜城;罗彦茹;刘家安;徐浩然设计研发完成，并于2023-09-05向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于高频脉冲电流的金属零部件强化装置和方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种基于高频脉冲电流的金属零部件强化装置及方法；所述的装置包括轴向拉压组件、检测降温组件、扭矩施加组件、脉冲电源、控制器和架体；结构简单可靠，采用伺服电机搭配减速器使得施加扭矩更加精确稳定，同时配合脉冲电源，可以调整电流大小及频率，配合丝杠提供轴向拉压力，使得零部件的强化过程更加多样、强化效果更好；装置通过上下两套直线模组，细化轴向拉压力的施加方式，能够对不同类型、不同尺寸、不同形状的零部件及试样进行高频脉冲电流强化。本发明还为材料性能测试提供了一种全新的思路与方法，在强化过程中可以对待强化件施加扭矩、轴向力从而细化内部晶粒、改善晶格排列机构，更好的改善材料性能。

本发明授权一种基于高频脉冲电流的金属零部件强化装置和方法在权利要求书中公布了：1.一种基于高频脉冲电流的金属零部件强化方法，其特征在于：采用一种基于高频脉冲电流的金属零部件强化装置，所述装置包括轴向拉压组件、检测降温组件、扭矩施加组件、脉冲电源、控制器和架体；所述的轴向拉压组件、检测降温组件、扭矩施加组件依次设在架体的同一台面上；脉冲电源和控制器设在架体上； 所述的轴向拉压组件包括第一直线模组、第一支撑架、第二直线模组和夹具盘，所述的第一直线模组固定在架体上，第一支撑架设在第一直线模组的滑台上，第二直线模组设在第一支撑架上；第二直线模组与夹具盘相连； 所述的第一直线模组包括模组底板、第一直线导轨、第一滚珠丝杠、第一丝杠电机和滑台，所述的第一直线导轨固定在模组底板上；第一滚珠丝杠的两端与设在模组底板上的轴承座枢接，第一滚珠丝杠与第一直线导轨平行设置；第一丝杠电机设在模组底板上，第一丝杠电机的输出轴与第一滚珠丝杠的一端相连；滑台设在第一直线导轨上，滑台与第一直线导轨滑动连接，第一滚珠丝杠与滑台上设置的螺纹孔螺纹连接； 所述的第二直线模组包括模组套管、螺纹套管、第二滚珠丝杠和第二丝杠电机，所述的模组套管设在第一支撑架上，模组套管内壁设有轴向的凸起滑轨；所述的螺纹套管一端设有法兰盘，螺纹套管的内壁设有螺纹，外壁设有与凸起滑轨配合的滑道，螺纹套管插设在模组套管内，与模组套管滑动连接；螺纹套管通过法兰盘与夹具盘连接；第二滚珠丝杠的一端与第二丝杠电机的输出轴相连，另一端伸入到螺纹套管内，与螺纹套管螺纹连接；第二丝杠电机设在第一支撑架上； 所述的检测降温组件设在轴向拉压组件和扭矩施加组件之间，检测降温组件包括视觉相机、测温传感器和降温设备中的一个或数个； 所述的扭矩施加组件包括扭矩电机、减速器、第二支撑架和扭矩卡盘；所述的扭矩电机和减速器设在第二支撑架上，第二支撑架固定在架体上；扭矩电机的输出轴与减速器的输入轴相连；减速器的输出轴通过联轴器与扭矩卡盘同轴相连； 轴向拉压组件的夹具盘上设有数个夹具，夹具上设有电极螺纹连接孔，电极螺纹连接孔内圈设有绝缘圈，底部预留接触面；脉冲电极与电极螺纹连接孔螺纹连接，脉冲电极底部与电极螺纹连接孔底部接触；扭矩施加组件的扭矩卡盘上设有对应的脉冲电极；脉冲电极通过导线与脉冲电源相连；所述的夹具和扭矩卡盘均为良导体材料； 第一直线模组、第二直线模组、检测降温组件、扭矩电机和脉冲电源分别与控制器相连； 所述方法包括以下步骤： （1）夹持待强化部件： 根据零部件形状选择轴向拉压组件中夹具盘上适合的夹具； 对于沿中轴线轴向分布的零部件，先将夹具推送至夹具盘中央处，与扭矩施加组件的扭矩卡盘水平轴向对中，通过导轨钳制器将夹具滑座锁止，防止偏心施压；再通过控制器控制轴向拉压组件中第一直线模组的第一丝杠电机运行，带动轴向拉压组件向扭矩施加组件靠近，直至轴向拉压组件的夹具与扭矩施加组件的扭矩卡盘共同将零部件夹持固定； 对于非轴向分布的异型零部件，先将零部件一端固定在扭矩施加组件的扭矩卡盘上，根据零部件另一端适合夹持的部位位置，将夹具推送至夹具导轨上的对应位置，使夹具盘的夹具与零部件的另一端适合夹持的部位正对；再通过控制器控制轴向拉压组件中第一直线模组的第一丝杠电机运行，带动轴向拉压组件向扭矩施加组件靠近，直至轴向拉压组件的夹具与扭矩施加组件的扭矩卡盘共同将零部件夹持固定；通过导轨钳制器将夹具滑座锁止； （2）连接脉冲电源： 将一个脉冲电极连接到轴向拉压组件的夹具上的电极螺纹连接孔，保证脉冲电极底部与电极螺纹连接孔底部充分接触；将脉冲电源的两根导线分别与夹具上的脉冲电极和扭矩卡盘上的脉冲电极连接； （3）脉冲电流强化： 根据强化需要调整电流大小及频率，通过控制器控制脉冲电源的输出，通过轴向拉压组件的夹具和扭矩施加组件的扭矩卡盘为零部件提供高频脉冲电流，开始对零部件进行脉冲电流强化操作；脉冲电流频率50—3000Hz，脉冲电流电压为5—25V； （4）施加轴向拉压力： 控制器控制轴向拉压组件中第二直线模组的第二丝杠电机运行，通过第二滚珠丝杠将旋转运动转化成螺纹套管的直线运动，螺纹套管在模组套管内前后直线移动，通过法兰盘连接的夹具盘将轴向拉压力传递给零部件； 将第二滚珠丝杠与第二丝杠电机输出轴考虑为刚体，从而建立第二丝杠电机转矩与轴向力的转化模型，忽略传动过程变形，则有： ， 式中：为螺纹套管轴向位移，为第二滚珠丝杠传动比，为待强化部件角的位移； 第二直线模组轴向加载的动力学方程表示为： ， 式中：为第二滚珠丝杠的等效转动惯量，为第二直线模组的等效粘性阻尼系数，为第二丝杠电机输出扭矩，为等效干扰力矩； 对上式进行拉普拉斯变化，得到从第二丝杠电机输出转矩到法兰盘直线位移的关系： ， 式中：为拉普拉斯算子，为系统传递函数； 刚体模型空间状态方程为： ， 式中：为第二直线模组状态变量，为第二直线模组输出，；为电流放大器增益，为电机转矩常数； （5）施加扭矩： 控制器控制扭矩施加组件中的扭矩电机运行，依次经过减速器、联轴器、扭矩传感器和扭矩卡盘结构将扭矩施加给零部件； 转矩输出满足如下关系： 扭矩电机转矩方程抽象为： ， 式中：为转矩绕组极对数，为电磁转矩，、分别为轴坐标系下的直轴和交轴磁链分量，、分别为轴坐标系下直轴和交轴电流分量； 经变换得： ， 式中：为转子永磁体磁链，、为直轴电感和交轴电感； 电磁转矩方程为： ， 式中：为等效磁链，为负载角，为电流矢量； 考虑到电机凸极效应，最终将电磁扭矩方程优化为： ， 扭矩电机在运动过程中，运动方程符合： ， 其中，为负载转矩，为总转动惯量，为微分算子，为粘滞摩擦系数；为电机转速； （6）监测降温： 在通电强化过程中，通过轴向力传感器检测轴向力施加情况，通过扭矩传感器检测扭矩施加情况； 检测降温组件通过视觉相机对强化的零部件表面进行扫描拍照；通过测温传感器对零部件表面温度进行测量监控；温度超过阈值时，通过降温设备对零部件进行降温； 轴向力传感器、扭矩传感器、检测降温组件采集的数据传输到控制器。

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