[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种微沟槽表面结构的超声辅助柔性滚压成形方法及装置，其中通过对装置中各个组件的设置及它们之间相互配合的工作关系等进行改进，与现有技术相比能够有效解决曲面或不规则金属板件表面微沟槽的大面积加工困难等难题。本发明利用压印辊和支承辊两者相配合地在金属板件表面的滚动挤压，使金属板件表面的材料发生连续地弹塑性变形，同时利用超声软化效应降低材料变形抗力；压印辊和支承辊的运动轨迹、运动速率、挤压力以及超声振动的频率、振幅等均可灵活调整，以适用于各类金属材料和各种尺寸的微沟槽结构。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微沟槽表面结构的超声辅助柔性滚压成形装置，其特征在于，包括夹持子装置、压印辊、支承辊及超声振动系统，其中，
[0007] 所述夹持子装置用于夹持并固定待处理金属件，使待处理金属件保持固定；
[0008] 所述压印辊安装在所述超声振动系统的输出端，所述超声振动系统用于向所述压印辊提供超声机械振动；
[0009] 所述压印辊和所述支承辊分别位于待处理金属件的两侧、且相对设置，两者能够沿预先设定的轨迹在待处理金属件的表面同步滚动，相配合地对待处理金属件产生挤压作用进而在待处理金属件的表面滚压形成微沟槽；所述超声振动系统提供的超声振动能够经由所述压印辊传输至待处理金属件，进而能够对待处理金属件进行软化，起到辅助作用；所述压印辊包括一个表面具有微肋条的圆柱体结构，所述支承辊包括一个表面光滑的圆柱体结构并起支承作用，滚压形成的所述微沟槽的形状与所述压印辊圆柱体结构表面的微肋条相匹配。
[0010] 作为本发明的进一步优选，所述超声振动系统通过导线与超声发生器相连，所述超声发生器用于产生超声电信号，所述超声振动系统能够将所述超声发生器产生的超声电信号转换为超声机械振动，从而使所述压印辊产生超声机械振动。
[0011] 作为本发明的进一步优选，所述超声振动系统和所述支承辊分别安装在2个机器人手臂的末端。
[0012] 作为本发明的进一步优选，所述超声振动系统连同所述压印辊受第一机器人手臂的控制；所述支承辊受第二机器人手臂的控制。
[0013] 按照本发明的另一方面，本发明提供了一种微沟槽表面结构的超声辅助柔性滚压成形方法，其特征在于，该方法是利用上述微沟槽表面结构的超声辅助柔性滚压成形装置，并具体包括以下步骤：
[0014] (1)使用夹持子装置固定待处理金属件，使待处理金属件保持固定；
[0015] (2)将超声振动系统连同压印辊安装在1个机器人手臂的末端，将支承辊安装在另1个机器人手臂的末端，并使所述压印辊和所述支承辊分别位于待处理金属件的两侧、且相对设置；
[0016] (3)利用超声振动系统产生超声振动，超声振动经由所述压印辊传输至待处理金属件；
[0017] (4)启动这2个机器人手臂，使所述压印辊和所述支承辊两者沿预先设定的轨迹在待处理金属件的表面同步滚动，在超声振动的辅助作用下，所述压印辊和所述支承辊两者相配合地对待处理金属件产生挤压作用进而在待处理金属件的表面滚压形成微沟槽，从而实现金属表面微沟槽的超声辅助柔性滚压成形。
[0018] 作为本发明的进一步优选，所述步骤(4)中，所述滚动是以预先设定的线速度进行滚动。
[0019] 作为本发明的进一步优选，所述步骤(4)中，所述挤压作用的挤压力的大小满足预先设定的挤压力大小要求。
[0020] 作为本发明的进一步优选，所述步骤(4)中，所述超声振动满足预先设定的频率和振幅要求。
[0021] 作为本发明的进一步优选，所述待处理金属件为金属板件。
[0022] 作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)具体是通过启动与所述超声振动系统连接的超声发生器，使超声振动系统产生超声振动的；启动后的所述超声发生器能够产生超声电信号，所述超声振动系统能够将所述超声发生器产生的超声电信号转换为超声机械振动；
[0023] 优选的，所述方法还包括以下步骤：
[0024] (5)微沟槽成形结束后，关闭所述2个机器人手臂和所述超声发生器。
[0025] 通过本发明所构思的以上技术方案，本发明中的微沟槽加工方法是直接在金属表面成形出微沟槽，与在金属表面粘贴微沟槽薄膜的方法相比，完全规避了薄膜与基体结合强度差的问题；而与现有在金属表面直接加工微沟槽的技术相比，本发明构思的技术能够取得如下有益效果：
[0026] 1)本发明提供的微沟槽超声辅助柔性滚压成形方法不受板件形状的限制，可适用于不规则的三维曲面板件；通过压印辊和支承辊的同步灵活滚动，本发明提供的微沟槽柔性滚压成形装置可适用于在任意形状的金属板件表面成形微沟槽。
[0027] 2)本发明提供的微沟槽超声辅助柔性滚压成形方法实现了金属表面微沟槽的连续成形，加工面积理论上可以无限大，因此本发明尤其能够实现金属板件表面微沟槽的大面积加工。利用本发明，待处理金属件的尺寸将不受限制(可以极小也可以极大，理论上可以无限大)，相比其他现有技术，尤其适用于尺寸大于10m的大尺寸金属件的表面微沟槽加工。
[0028] 3)航空铝合金等高强度材料在室温条件下变形抗力大，高温条件下的成形不仅容易导致粘连现象，还会改变材料力学性能，从而影响零件的使用寿命。本发明中的超声振动能够在室温条件下显著降低材料变形抗力，促进材料流动，从而使本发明提供的超声辅助柔性滚压成形方法可适用于高强度金属板件表面的微沟槽成形。
[0029] 本发明适用于在已完成宏观成形后的金属板件表面加工微沟槽(也就是说，可以先利用宏观成形将平板成形为任意三维曲面结构，然后再利用本发明在该三维曲面结构表面加工微沟槽，成形得到目标金属件)；本发明可以预先设置滚动压印的速度、载荷以及超声振动的频率、振幅等参数，金属板件表面的材料在压印辊和支承辊的超声辅助滚动挤压作用下发生连续地弹塑性变形，从而成形出微沟槽。以采用机器人手臂带动压印辊和支承辊相配合地进行滚压为例，可以使压印辊在1个机器人手臂的操作下按照一定的预设轨迹在金属板件需要加工微沟槽的一侧滚动，支承辊则在另1个机器人手臂的协同操作下沿着金属板件另一侧与压印辊以相同的线速度滚动，起到支承作用。
