CN104846187B - 超声冲击强化轴类零件焊缝的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声冲击强化轴类零件焊缝的装置及方法，超声冲击枪与可拆卸可移动滑块安装于一起，并置于滑槽上，装配有可拆卸可移动滑块的滑槽固定于支撑架机构的顶层支撑横梁上，左中空轴旋转平台由支撑架机构的第二层左端可伸缩支撑横梁与移动平台定位，并通过转动手柄的转动实现三者的左右移动，右中空轴旋转平台由支撑架机构的第二层右端固定支撑横梁与固定平台定位，AC伺服电机固定于移动平台上，其转动轴与左中空轴旋转平台通过弹性联轴器相连，移动平台置于导轨上，导轨安装于支撑架机构的底座上，轴类工件通过弹性联轴器与右中空轴旋转平台、左中空轴旋转平台相连。用于对不同长度尺寸的轴类及其焊接焊缝处进行冲击强化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声冲击强化轴类零件焊缝的装置及其方法，用于各种汽车零部件及其焊缝强化，尤其是传动轴、半轴等轴类连接方式的零部件的焊缝强化。
背景技术
汽车工业是扩大内需、支持未来经济增长的重要力量，具有产业关联度高、规模效益明显、资金和技术密集等特点。而汽车零部件作为汽车工业的基础，是支撑汽车工业持续健康发展的必要因素。特别是当前汽车行业正在轰轰烈烈、如火如荼开展的自主开发与创新，更需要一个强大的零部件体系作支撑。但是目前我国零部件发展仍然落后，汽车零部件工业的投资力度不足，具有国际竞争力的产品少，是目前汽车工业存在的主要问题之一。
轴类零件是汽车传动系统中传递动力的重要部件，作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力，因此动平衡是至关重要的。这就对连接杆之间的连接情况有着高要求，传统的连接方式是采用摩擦焊和气保焊，仅满足了基本使用、硬度、应力、抗扭强度等力学性基本能达到要求。
超声冲击处理是一种比较理想的强化轴类零件焊接焊缝以消除残余拉应力、提高其力学性能的方法。超声冲击作用后材料形成一定深度的塑性变形层，细化晶粒，均匀凝固组织。同时在材料中消除残余应力，引入一定的压应力，从而减少缺陷的产生，提高材料的力学性能。超声冲击对材料的强化作用属于形变强化，能够细化组织、消除残余应力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种超声冲击强化轴类零件焊缝的装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，特点是：包括支撑架机构、超声冲击枪、右中空轴旋转平台、左中空轴旋转平台、AC伺服马达和计算机，超声冲击枪与可拆卸可移动滑块安装于一起，并置于滑槽上且可沿滑槽左右移动，装配有可拆卸可移动滑块的滑槽固定于支撑架机构的顶层支撑横梁上，左中空轴旋转平台由支撑架机构的第二层左端可伸缩支撑横梁与移动平台定位，并通过转动手柄的转动实现三者的左右移动，右中空轴旋转平台由支撑架机构的第二层右端固定支撑横梁与固定平台定位，AC伺服电机固定于移动平台上，其转动轴与左中空轴旋转平台通过弹性联轴器相连，移动平台置于导轨上并可沿导轨移动，导轨安装于支撑架机构的底座上，轴类工件通过弹性联轴器与右中空轴旋转平台、左中空轴旋转平台相连。
进一步地，上述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其中，所述支撑架机构通过其底座上的螺栓孔由紧固螺栓固定于水平面上。
更进一步地，上述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其中，所述装配有可拆卸可移动滑块的滑槽通过紧固螺钉固定于支撑架机构的顶层支撑横梁上。
更进一步地，上述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其中，所述右中空轴旋转平台与左中空轴旋转平台同轴。
更进一步地，上述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其中，所述超声冲击枪为冲击频率15～20KHz、输出功率500W、输出振幅100um的超声冲击枪。
更进一步地，上述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其中，所述超声冲击枪的冲击针头数目为1～3个，直径为3～4mm，硬度高于HRC55。
再进一步地，上述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其中，所述AC伺服马达额定转速为1000r/mm，力矩为0.25～2.8N.m，传动轴工件角速度小于0.25rad/s。
再进一步地，上述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其中，所述右中空轴旋转平台和左中空轴旋转平台的减速比为250。
本发明超声冲击强化轴类零件焊缝的方法，轴类工件通过右中空轴旋转平台、左中空轴旋转平台定位夹紧，并保证同轴定位精度，AC伺服马达与左中空轴旋转平台相配合并带动其传动轴转动，超声冲击枪垂直位于轴类工件的待冲击焊缝区域，冲击针头冲击焊缝及热影响区，强化轴类零件焊接焊缝及热影响区。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明超声冲击枪垂直位于待冲击焊缝区域，冲击针头以一定冲击处理速度冲击焊缝及热影响区，有效强化轴类零件焊接焊缝及热影响区，消除残余应力，提高疲劳性能，适合于轴类零件及其焊接焊缝处的强化；
②由于可以控制量化的处理工艺参数从而可以无限次的重复，对轴类零件焊接焊缝处准确的冲击强化处理，提高焊缝处力学性能；可以有针对性和选择性对不适合进行热处理工件的局部焊缝进行处理，不同于热处理必须对整个焊接构件进行处理；
③可以对不同长度尺寸的轴类及其焊接焊缝处进行冲击强化处理；无污染、工艺适用范围广，并且超声冲击处理效率高，装置相对简洁，限制较少，适用于各种汽车零部件及其焊缝处的冲击强化处理。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种超声冲击强化轴类零件焊缝的方法及装置，采用超声冲击强化处理轴类零件焊接焊缝，在金属表面纳米晶化、降低焊接结构件残余应力等方面，效果较好。
如图1所示，超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，包括支撑架机构1、超声冲击枪2、右中空轴旋转平台3、左中空轴旋转平台4、AC伺服马达5和计算机17，支撑架机构1通过底座上的螺栓孔15在紧固螺栓的作用下安置在水平地面以保证整个系统加工稳定性，超声冲击枪2与可拆卸可移动滑块7安装于一起，置于滑槽6上可沿滑槽6左右移动，进行零件不同位置的冲击处理，通过紧固螺钉8固定于支撑架机构1的顶层支撑横梁上，保证超声冲击枪2工作时的稳定，左中空轴旋转平台4由支撑架机构1的第二层左端可伸缩支撑横梁9与移动平台14定位，并通过转动手柄13的转动实现三者的左右移动，实现不同长度尺寸工件的冲击处理，右中空轴旋转平台3由支撑架机构1的第二层右端固定支撑横梁10与固定平台11定位，保证右中空轴旋转平台3、左中空轴旋转平台4的同轴精度，AC伺服电机5通过底部螺栓固定于与移动平台14上，其转动轴与左中空轴旋转平台4通过弹性联轴器相连，移动平台14置于导轨16上并可以沿导轨16移动，轴类工件12通过弹性联轴器与右中空轴旋转平台3、左中空轴旋转平台4相连。
待冲击强化区域为焊缝及热影响区，待冲击区域宽度约为6mm。其中：超声冲击枪冲击针头数目为1～3个，直径为3～4mm，硬度至少高于HRC55；超声冲击枪2的具体参数为：冲击频率15～20KHz，输出功率500W，输出振幅100um，冷却方式为风冷，电压：AC，220V，50Hz，针头处理速度不小于4m/s；传动轴转动的速度与超声冲击枪2的针头冲击处理速度相配合，AC伺服马达5额定转速为1000r/mm，力矩为0.25～2.8N.m，传动轴工件角速度不大于0.25rad/s；右中空轴旋转平台3、左中空轴旋转平台4减速比为250。
工件通过右中空轴旋转平台3、左中空轴旋转平台4定位夹紧，在保证同轴定位精度下，由计算机软件程序控制，AC伺服马达5直接与左中空轴旋转平台相配合以一定减速比带动传动轴以特定转动速度转动。超声冲击枪2垂直位于工件待冲击焊缝区域，冲击针头以一定冲击处理速度冲击焊缝及热影响区，有效强化轴类零件焊接焊缝及热影响区，消除残余应力，提高疲劳性能，适合于轴类零件及其焊接焊缝处的强化。
实施例
工件选择空心管半轴，由左右连接杆以及中部空心管组成，其材质分别为55#、40Cr、45#，轴半径为Φ20mm，总长为440mm，具有两处焊缝，待冲击处理区域宽为6mm。通过移动平台14与可伸缩支撑横梁9的移动，控制左中空轴旋转平台4位置进行空心管半轴的安装定位，由弹性联轴器连接。可拆卸可移动滑块7控制超声冲击枪2移动使其冲击针头垂直位于左端焊缝上方，针头数目为2个，直径为3mm，硬度至少高于HRC55；选用超声冲击枪的具体参数为：冲击频率15KHz,输出功率500W,输出振幅100um，冷却方式为风冷，电压：AC，220V，50Hz，针头的处理速度为4m/s。AC伺服电机5在计算机17程序控制下，通过左中空轴旋转平台4带动空心管半轴转动进行冲击处理，其中AC伺服电机5转速为10r/s，左中空轴旋转平台4的减速比为250，空心管半轴角速度为0.25rad/s。经过约26秒的冲击处理，断开超声冲击枪2的电源，通过可拆卸可移动滑块7将超声冲击枪2移动到右端焊缝上方并使用紧固螺钉8夹紧，进行冲击处理，处理步骤与左端焊缝冲击过程一样。
本发明超声冲击枪垂直位于待冲击焊缝区域，冲击针头以一定冲击处理速度冲击焊缝及热影响区，有效强化轴类零件焊接焊缝及热影响区，消除残余应力，提高疲劳性能，适合于轴类零件及其焊接焊缝处的强化。由于可以控制量化的处理工艺参数从而可以无限次的重复，对轴类零件焊接焊缝处准确的冲击强化处理，提高焊缝处力学性能；可以有针对性和选择性对不适合进行热处理工件的局部焊缝进行处理，不像热处理必须对整个焊接构件进行处理；可以对不同长度尺寸的轴类及其焊接焊缝处进行冲击强化处理；无污染、工艺适用范围广，并且超声冲击处理效率高，装置相对简洁，限制较少，适用于各种汽车零部件及其焊缝处的冲击强化处理。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：包括支撑架机构(1)、超声冲击枪(2)、右中空轴旋转平台(3)、左中空轴旋转平台(4)、AC伺服马达(5)和计算机(17)，超声冲击枪(2)与可拆卸可移动滑块(7)安装于一起，并置于滑槽(6)上且可沿滑槽(6)左右移动，装配有可拆卸可移动滑块(7)的滑槽(6)固定于支撑架机构(1)的顶层支撑横梁上，左中空轴旋转平台(4)由支撑架机构(1)的第二层左端可伸缩支撑横梁(9)与移动平台(14)定位，并通过转动手柄(13)的转动实现三者的左右移动，右中空轴旋转平台(3)由支撑架机构(1)的第二层右端固定支撑横梁(10)与固定平台(11)定位，AC伺服马达(5)固定于移动平台(14)上，其转动轴与左中空轴旋转平台(4)通过弹性联轴器相连，移动平台(14)置于导轨(16)上并可沿导轨(16)移动，导轨(16)安装于支撑架机构(1)的底座上，轴类工件(12)通过弹性联轴器与右中空轴旋转平台(3)、左中空轴旋转平台(4)相连。
2.根据权利要求1所述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：所述支撑架机构(1)通过其底座上的螺栓孔(15)由紧固螺栓固定于水平面上。
3.根据权利要求1所述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：所述装配有可拆卸可移动滑块(7)的滑槽(6)通过紧固螺钉(8)固定于支撑架机构(1)的顶层支撑横梁上。
4.根据权利要求1所述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：所述右中空轴旋转平台(3)与左中空轴旋转平台(4)同轴。
5.根据权利要求1所述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：所述超声冲击枪(2)为冲击频率15～20kHz、输出功率500W、输出振幅100μm的超声冲击枪。
6.根据权利要求1所述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：所述超声冲击枪(2)的冲击针头数目为1～3个，直径为3～4mm，硬度高于HRC55。
7.根据权利要求1所述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：所述AC伺服马达(5)额定转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m，传动轴工件角速度小于0.25rad/s。
8.根据权利要求1所述的超声冲击强化轴类零件焊缝的装置，其特征在于：所述右中空轴旋转平台(3)和左中空轴旋转平台(4)的减速比为250。
9.权利要求1所述装置实现超声冲击强化轴类零件焊缝的方法，其特征在于：轴类工件(12)通过右中空轴旋转平台(3)、左中空轴旋转平台(4)定位夹紧，并保证同轴定位精度，AC伺服马达(5)与左中空轴旋转平台(4)相配合并带动其传动轴转动，超声冲击枪(2)垂直位于轴类工件(12)的待冲击焊缝区域，冲击针头冲击焊缝及热影响区，强化轴类零件焊接焊缝及热影响区。
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