CN107488780A - 一种平面阵列式超声喷丸强化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平面阵列式超声喷丸强化装置及方法，所述超声喷丸强化装置包括：超声振动设备阵列、喷丸腔室和工作台，超声振动设备阵列由多个超声振动设备排列组成，多个超声振动设备的振动头排列安装至振动头装夹装置上，喷丸腔室安装在所述工作台上，多个超声振动设备的振动头可移动穿过工作台底部并伸入喷丸腔室中。本发明采用多个超声振动设备的振动头组成阵列的方式减小了强化后零件的表面粗糙度，减少了弹丸的使用量，提高了喷丸效率，降低了能耗。

Description

一种平面阵列式超声喷丸强化装置及方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种平面阵列式超声喷丸强化装置及方法。
背景技术
喷丸技术是使用丸粒轰击工件表面并植入残余压应力，提升工件疲劳强度的冷加工工艺，是一种简单、有效提高金属材料性能的表面处理方法，它利用高速弹丸连续撞击材料表面，使其表层组织发生循环硬化形成具有一定深度的加工硬化层和残余压应力场，能有效提高零部件的疲劳性能与应力腐蚀能力。在航空发动机制造领域，喷丸技术广泛应用于盘轴类、叶片类等金属零件的表面强化处理中，大大改善了零件的疲劳寿命。
目前，传统的喷丸工艺有叶轮式和气动式两类：前者是利用高速旋转的叶轮产生离心力为弹丸提供动力；而后者则主要是通过压缩空气来喷射弹丸冲击零件表面。这两种喷丸工艺都有一定的缺点，比如，这两种喷丸的冲击能量大，降低材料表面粗糙度，影响零件的寿命。随着技术的发展，工程人员开发了新的喷丸强化方法，比如超声喷丸强化。
与传统喷丸驱动弹丸的方式不同，超声喷丸是利用超声振动表面将弹丸加速。与传统喷丸相比，超声喷丸有诸多优点，比如：超声喷丸强化工件的表面粗糙度好，工艺参数易控制等。因此世界各大航空发动机制造商，很早就着手研究该技术在航空发动机零件制造中的应用。
目前，超声喷丸受到超声振动发生设备的功率限制，振动头的大小有限，单次实施超声喷丸大约可覆盖直径150mm的圆面范围内，这样，超声喷丸的单个振动头所能强化的零件表面有限，而对于面积较大的金属结构，单个振动头需要多次喷丸才能完全覆盖，效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平面阵列式超声喷丸强化装置及方法，用以解决现有超声喷丸效率低，不能在大面积的振动腔室内一次性完成对大面积表面的超声喷丸强化的问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述超声喷丸强化装置包括：超声振动设备阵列、喷丸腔室和工作台，所述超声振动设备阵列由多个超声振动设备排列组成，多个超声振动设备的振动头排列安装至振动头装夹装置上，所述喷丸腔室安装在所述工作台上，多个超声振动设备的振动头可移动穿过工作台底部并伸入喷丸腔室中。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述喷丸腔室用来容纳被强化零件，所述被强化零件包括具有大型金属平面结构的零件。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述喷丸腔室上面盖有上封盖。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述超声喷丸强化装置还包括机械动力装置，所述机械动力装置具有第一机械手臂和第二机械手臂，所述第一机械手臂用来夹持振动头装夹装置移动，所述第二机械手臂用来夹持被强化零件放入喷丸腔室。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述喷丸腔室底部和所述工作台上分别设置有多个振动头安装孔和多个开孔，所述多个振动头安装孔和所述多个开孔的位置在竖直方向上相对应，多个超声振动设备的振动头分别可移动穿过工作台底部的多个开孔并安装至多个振动头安装孔中。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述超声振动设备包括超声波发生器、超声换能器、变幅杆和振动头，所述超声波发生器、所述超声换能器、所述变幅杆和所述振动头依次连接。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述超声波发生器用于产生高频电信号，所述超声换能器用于将高频电信号转换成机械振动，所述变幅杆用于将机械振动放大并传递给所述振动头。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化装置，所述超声振动设备的振动头上放置有预定数量的弹丸，所述弹丸受到振动头上表面高频振动的激励在喷丸腔室内高速运动撞击被强化零件的下表面，使被强化零件下表面产生冲击强化的效果。
本发明还公开了一种平面阵列式超声喷丸强化方法，所述超声喷丸强化方法包括：将多个超声振动设备的振动头安装在振动头装夹装置上，排列组成超声振动设备阵列；将喷丸腔室固定到工作台上，使喷丸腔室底部多个振动头安装孔分别与工作台上的多个开孔一一对应；用机械动力装置的第一机械手臂夹持振动头装夹装置，使超声振动设备阵列的多个超声振动设备的振动头移动到工作台底部，通过多个开孔和多个振动头安装孔插入至喷丸腔室中；每个振动头上放置预定数量的弹丸；用机械动力装置的第二机械手臂夹持被强化零件放入喷丸腔室中并盖上上封盖；同时打开多个超声振动设备的超声发生器对被强化零件表面实施喷丸强化。
本发明公开的上述一种平面阵列式超声喷丸强化方法，所述超声喷丸强化方法用于对具有大型金属平面结构的被强化零件表面进行一次性喷丸强化，其中，所述被强化零件包括盘轴类金属零件和叶片类金属零件。
本发明具有如下优点：
对大型金属平面结构的表面强化，目前仍以气压式喷丸工艺方法为主，与传统的气压式喷丸工艺相比，本申请采用多个超声振动设备的振动头组成阵列的方式减小了强化后零件的表面粗糙度，减少了弹丸的使用量，提高了喷丸效率，降低了能耗。
附图说明
图1为本发明公开的一种平面阵列式超声喷丸强化装置的结构示意图。
图2为本发明公开的一种平面阵列式超声喷丸强化装置进行喷丸强化时的结构图。
图3为本发明公开的一种平面阵列式超声喷丸强化装置的超声振动设备的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
参考图1和图2，本实施例中公开的一种平面阵列式超声喷丸强化装置包括：超声振动设备阵列01、喷丸腔室02和工作台03，超声振动设备阵列01由多个超声振动设备04排列组成，多个超声振动设备04的振动头05排列安装至振动头装夹装置06上，喷丸腔室02安装在工作台03上，喷丸腔室02用来容纳被强化零件07，被强化零件07包括具有大型金属平面结构的零件，如图3所示，喷丸腔室上面盖有上封盖15，多个超声振动设备04的振动头05可移动穿过工作台03底部并伸入喷丸腔室02中，喷丸腔室02底部和工作台03上分别设置有多个振动头安装孔和多个开孔(图中未示出)，多个振动头安装孔和多个开孔的位置在竖直方向上相对应，多个超声振动设备04的振动头05分别可移动穿过工作台02底部的多个开孔并安装至多个振动头安装孔中，每个超声振动设备04包括超声波发生器08、超声换能器09、变幅杆10和振动头05，超声波发生器08、超声换能器09、变幅杆10和振动头05依次连接。其中，超声波发生器08用于产生高频电信号，超声换能器09用于将高频电信号转换成机械振动，变幅杆10用于将机械振动放大并传递给振动头05，超声振动设备04的振动头05上放置有预定数量的弹丸11，弹丸11受到振动头05上表面高频振动的激励在喷丸腔室02内高速运动撞击被强化零件07的下表面，使被强化零件07下表面产生冲击强化的效果。
进一步地，超声喷丸强化装置还包括机械动力装置，机械动力装置具有第一机械手臂12和第二机械手臂13，如图3所示，图中未示出机械动力装置，但是示出了机械动力装置的第一机械手臂12和第二机械手臂13，第一机械手臂12用来夹持振动头装夹装置06移动，第二机械手臂13用来夹持被强化零件07放入喷丸腔室02。
参考图3，以风扇叶片为例，一种平面阵列式超声喷丸强化方法包括：将多个超声振动设备04的振动头05安装在振动头装夹装置06上，排列组成超声振动设备阵列01；将喷丸腔室02固定到工作台03上，使喷丸腔室02底部多个振动头安装孔分别与工作台03上的多个开孔一一对应；用机械动力装置的第一机械手臂12夹持振动头装夹装置06，使超声振动设备阵列01的多个超声振动设备04的振动头05移动到工作台03底部，通过多个开孔和多个振动头安装孔插入至喷丸腔室02中；每个振动头05上放置预定数量的弹丸11；用机械动力装置的第二机械手臂13夹持风扇叶片14放入喷丸腔室02中并盖上上封盖15；同时打开多个超声振动设备04的超声发生器08对风扇叶片14表面实施喷丸强化。
上述平面阵列式超声喷丸强化方法用于对具有大型金属平面结构的被强化零件表面进行一次性喷丸强化，其中，所述被强化零件包括盘轴类金属零件和叶片类金属零件。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述超声喷丸强化装置包括：超声振动设备阵列、喷丸腔室和工作台，所述超声振动设备阵列由多个超声振动设备排列组成，多个超声振动设备的振动头排列安装至振动头装夹装置上，所述喷丸腔室安装在所述工作台上，多个超声振动设备的振动头可移动穿过工作台底部并伸入喷丸腔室中。
2.如权利要求1所述的一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述喷丸腔室用来容纳被强化零件。
3.如权利要求1所述的一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述喷丸腔室上面盖有上封盖。
4.如权利要求1所述的一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述超声喷丸强化装置还包括机械动力装置，所述机械动力装置具有第一机械手臂和第二机械手臂，所述第一机械手臂用来夹持振动头装夹装置移动，所述第二机械手臂用来夹持被强化零件放入喷丸腔室。
5.如权利要求1所述的一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述喷丸腔室底部和所述工作台上分别设置有多个振动头安装孔和多个开孔，所述多个振动头安装孔和所述多个开孔的位置在竖直方向上相对应，多个超声振动设备的振动头分别可移动穿过工作台底部的多个开孔并安装至多个振动头安装孔中。
6.如权利要求1所述的一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述超声振动设备包括超声波发生器、超声换能器、变幅杆和振动头，所述超声波发生器、所述超声换能器、所述变幅杆和所述振动头依次连接。
7.如权利要求6所述的一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述超声波发生器用于产生高频电信号，所述超声换能器用于将高频电信号转换成机械振动，所述变幅杆用于将机械振动放大并传递给所述振动头。
8.如权利要求6所述的一种平面阵列式超声喷丸强化装置，其特征在于，所述超声振动设备的振动头上放置有预定数量的弹丸，所述弹丸受到振动头上表面高频振动的激励在喷丸腔室内高速运动撞击被强化零件的下表面，使被强化零件下表面产生冲击强化的效果。
9.一种平面阵列式超声喷丸强化方法，其特征在于，所述超声喷丸强化方法包括：
将多个超声振动设备的振动头安装在振动头装夹装置上，排列组成超声振动设备阵列；
将喷丸腔室固定到工作台上，使喷丸腔室底部多个振动头安装孔分别与工作台上的多个开孔一一对应；
用机械动力装置的第一机械手臂夹持振动头装夹装置，使超声振动设备阵列的多个超声振动设备的振动头移动到工作台底部，通过多个开孔和多个振动头安装孔插入至喷丸腔室中；
每个振动头上放置预定数量的弹丸；
用机械动力装置的第二机械手臂夹持被强化零件放入喷丸腔室中并盖上上封盖；
同时打开多个超声振动设备的超声发生器对被强化零件表面实施喷丸强化。
10.如权利要求9所述的一种平面阵列式超声喷丸强化方法，其特征在于，所述超声喷丸强化方法用于对具有大型金属平面结构的被强化零件表面进行一次性喷丸强化，其中，所述被强化零件包括盘轴类金属零件和叶片类金属零件。
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