CN108380473A - 一种铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置，包括主轴，机床通用刀柄，超声换能装置，环形风冷装置以及供电装置。本发明通过机床通用刀柄与主轴进行连接，由环形风冷装置对超声换能装置进行冷却，通过供电装置为超声换能装置进行供电，超声换能装置将电能转换为高频振动传递给变幅冲击一体化工具头，将振幅进行两次放大，最后在变幅冲击一体化工具头末端产生高频、大振幅的振动，实现对铝蜂窝孔格端面进行超声冲击处理的功能，经超声冲击处理的铝蜂窝孔格端面面积增大，更容易与蒙皮进行粘接，本发明还具有安装方便、处理效果显著、互换性强、冲击振幅大、使用寿命长、供电效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种工件的处置装置，具体地说是一种铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置。
背景技术
目前，由铝蜂窝制备的夹层结构件在航空航天领域应用非常广泛，如卫星的整流罩，飞机的舱门、地板等。夹层结构件的制作过程主要包括：按照曲面形状设计要求，对铝蜂窝进行加工；并将带有胶膜的复合材料板蒙皮或者铝合金板蒙皮贴合在铝蜂窝上，在高温环境下使胶膜融化，胶液流到铝蜂窝的孔格端面和侧壁上；最后胶液固化，粘接完成。铝蜂窝与蒙皮的粘接质量，对夹层结构件的性能有很大影响。但由于铝蜂窝壁厚多为0.03mm～0.1mm，铝蜂窝孔格端面有效粘接面积只占粘接配合面面积的7％左右，导致粘接质量难以保证。由于蜂窝壁厚度小，粘接截面面积小。亟需一种蜂窝材料表面处理装置，用于保证粘接质量。
本发明通过对铝蜂窝孔格端面进行超声冲击的方法处理铝蜂窝待粘接表面，使去产生均匀的塑性变形，经处理的铝蜂窝孔格端面面积变大，端面附近蜂窝壁厚度增加，增大铝蜂窝粘接面积，更有利于胶液与蜂窝壁的结合，由此制成的夹层板结构力学性能更好。本发明采用机床通用刀柄与机床进行对接，铝蜂窝在原机床进行完铣削加工后可以直接换上本装置进行超声冲击处理，避免了多次装夹与拆卸，节约成本。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置。本发明通过对铝蜂窝孔格端面进行超声冲击的方法处理铝蜂窝待粘接表面，使产生均匀的塑性变形，经处理的铝蜂窝孔格端面面积变大，端面附近的蜂窝壁厚度增加，更有利于胶液与蜂窝壁的结合，由此制成的夹层板结构力学性能更好。本发明采用机床通用刀柄与机床进行对接，铝蜂窝在原机床进行完铣削加工后可以直接换上本装置进行超声冲击处理，避免了多次装夹与拆卸，节约成本。
本发明采用的技术手段如下：
一种铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置，包括：
主轴，包括主轴壁和位于所述主轴壁内的输出轴；
机床通用刀柄，其上端与所述输出轴可拆连接，其下端与超声换能装置螺纹连接；
所述超声换能装置，包括与所述机床通用刀柄的下端螺纹连接的筒盖以及筒身、第一螺钉、超声换能器，所述超声换能器包括压紧螺钉，后盖板，多个压电陶瓷环和前盖板，所述压紧螺钉与所述前盖板后端连接，并通过所述后盖板将所述多个压电陶瓷环压在所述前盖板后端，所述前盖板的前端穿过所述筒身的下端且通过双头螺柱与变幅冲击一体化工具头连接，所述前盖板中段下表面与所述筒身的下端内表面通过所述第一螺钉连接，所述筒身的上端通过所述筒盖盖合，所述筒身侧壁设有多个排气孔；
环形风冷装置，包括上端与所述主轴壁连接的环形上盘和与所述环形上盘下端连接的环形下盘，所述环形上盘下端具有上环形气体凹槽，所述环形上盘的中部具有所述机床通用刀柄穿过的环形上盘通孔，所述上环形气体凹槽和所述环形上盘通孔同轴，所述环形下盘上端设有与所述上环形气体凹槽相对应的下环形气体凹槽，所述下环形气体凹槽设有与所述上环形气体凹槽相对应且伸入到所述上环形气体凹槽内的环形凸起，所述环形下盘下端设有与所述筒盖相对应的环形下盘凹槽，所述筒盖的上端位于所述环形下盘凹槽内，所述环形下盘凹槽与所述筒盖之间具有气体流通间隙，位于所述上环形气体凹槽和所述环形上盘通孔之间的所述上环形气体凹槽的内侧壁延伸至所述环形下盘凹槽的上端，所述环形上盘通孔与所述环形下盘凹槽连通，所述下环形气体凹槽的外侧壁与所述环形凸起的外侧壁之间的间隙、所述上环形气体凹槽的槽底和所述环形凸起的上端之间的间隙以及所述环形凸起的内侧壁与所述上环形气体凹槽的内侧壁之间的间隙构成截面呈n形的环形气体通道，所述下环形气体凹槽的外侧壁设有穿过所述环形下盘侧壁的进气孔，所述进气孔上设有高压气嘴，所述环形凸起的内侧壁与所述上环形气体凹槽的内侧壁之间的间隙与所述气体流通间隙连通，所述筒盖的上端设有多个弧形通风孔，所述弧形通风孔的上端与所述环形凸起的内侧壁与所述上环形气体凹槽的内侧壁之间的间隙相对应，所述环形上盘和所述环形下盘之间通过第二螺钉连接且之间具有密封所述环形气体通道的环形密封圈；
以及为所述超声换能器供电的供电装置。
所述机床通用刀柄的上端通过标注锥柄与所述输出轴可拆连接。
所述环形上盘的上端具有容纳所述主轴壁下端的环形上盘凹槽，所述环形上盘凹槽通过穿过其槽壁的紧定螺钉与所述主轴壁连接。
所述供电装置包括与所述环形下盘下端连接的碳刷架和位于所述筒身外壁上的两个铜环，所述碳刷架上设有与所述铜环相对应的碳刷，所述碳刷架上设有将所述碳刷推压在所述铜环上的弹簧，所述碳刷上设有导线，所述铜环与所述压电陶瓷环之间通过导线连接；
所述环形下盘下端通过第三螺钉与所述碳刷架连接。
所述前盖板后端为凸台，所述凸台的顶部尺寸与所述压电陶瓷环的尺寸相一致，所述凸台的侧壁为由所述凸台的顶部向所述前盖板中段上表面外沿延伸的弧形面，所述排气孔的下端与所述前盖板中段上表面外沿所在平面相切，保证所述筒身内的气体能够快速排出；
所述弧形通风孔的孔壁向所述压电陶瓷环倾斜，形成倒锥形的气流，有利于对所述压电陶瓷环降温。
所述变幅冲击一体化工具头包括一体连接的超声变幅杆和超声冲击头，从而消除了超声变幅杆与超声冲击头之间的界面，减少了应力集中和能量损耗；由所述超声换能装置产生的超声振动经过所述变幅冲击一体化工具头，振幅再一次得到放大，最终在所述变幅冲击一体化工具头的末端形成高频、大振幅的振动。
所述变幅冲击一体化工具头的末端具有多种形状。加工较大平面时，应选择平面工具头；加工内凹曲面时，应选择球形工具头或者外曲面工具头；加工外凸曲面时，应选择圆盘形工具头或者内曲面工具头；加工槽时可以选用平面工具头或特制的槽用冲击工具。
所述变幅冲击一体化工具头的冲击面具有一些微米级的条纹或凸起，可以使经冲击处理的铝蜂窝孔格端面具有微米级的沟槽和凹坑，增大有效粘接面积。
所述筒身的上端与所述筒盖螺纹连接。
所述前盖板的前端为阶梯轴，根据能量互等原则，超声振动振幅将得到放大。
所述碳刷架上设有碳刷槽，所述碳刷槽内设有所述碳刷，所述碳刷与所述碳刷槽的槽底之间设有所述弹簧。
工作状态下，高压气体通过所述高压气嘴流入所述环形气体通道，然后以环形气流的形式向下流出，一部分进入所述气体流通间隙，沿所述筒盖的外壁流向所述铜环，带走所述铜环因与所述碳刷摩擦而产生的热量；
一部分进入所述弧形通风孔，流向所述后盖板及所述压电陶瓷环，并沿着所述后盖板及所述压电陶瓷环的外壁流动，带走所述压电陶瓷环因高频振动产生的热量，最后沿着所述弧形面从所述排气孔排出，实现冷却所述超声换能器的功能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.安装方便。本发明采用机床通用刀柄与主轴进行连接，当铝蜂窝经过铣削加工后，只需将装有铣刀的刀柄卸下，换上具有相同型号机床通用刀柄的处理装置即可实现铝蜂窝的在位处理，避免了铝蜂窝因为装夹和拆卸造成的经济损失和时间浪费。
2.处理效果显著。本发明通过对铝蜂窝孔格端面进行超声冲击使其产生均匀的塑性变形，经处理的铝蜂窝孔格端面面积变大，端面附近蜂窝壁厚度增加，更有利于胶液与蜂窝壁的结合，由此制成的夹层板结构力学性能更好。
3.互换性强。本发明采用机床通用刀柄，无需对机床本身进行额外的改装，变幅冲击一体化工具头也可以根据实际加工需要进行更换，保证处理质量。
4.冲击振幅大。本发明通过前盖板和变幅冲击一体化工具头将压电陶瓷环产生的振幅进行了两次放大，使超声冲击的效果更佳显著。
5.使用寿命长。本发明所使用的环形风冷装置能保证压电陶瓷环长时间以较低的温度正常工作，有效抑制了因压电陶瓷环温度过高所造成的振动频率衰减、使用寿命缩短等问题。
6.供电效率高。由于本发明不需要在较高的转速下工作，因此采用接触式的碳刷对超声换能器进行供电，供电效率更高，电压更稳定。
基于上述理由本发明可在超声冲击装置等领域广泛推广。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置的剖视图。
图2是本发明的具体实施方式中环形风冷装置的剖视图。
图3是本发明的具体实施方式中供电装置的剖视图(除铜环外)。
图4是本发明的具体实施方式中超声换能装置的剖视图。
图5是本发明的具体实施方式中筒盖的结构示意图。
图6是本发明中多种形式的变幅冲击一体化工具头的剖视图。
图7是本发明中多种形式的变幅冲击一体化工具头的冲击面微观结构图。
图8是双层铝蜂窝壁处理前后的俯视图，其中上半部分为未处理蜂窝壁，下半部分为已处理蜂窝壁。
图9是双层铝蜂窝壁经冲击处理后的截面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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-图9所示，一种铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置，包括：
主轴，包括主轴壁1和位于所述主轴壁1内的输出轴2；
机床通用刀柄3，其上端与所述输出轴2可拆连接，其下端与超声换能装置螺纹连接；
所述超声换能装置，包括与所述机床通用刀柄3的下端螺纹连接的筒盖4以及筒身5、第一螺钉6、超声换能器，所述超声换能器包括压紧螺钉7，后盖板8，多个压电陶瓷环9和前盖板10，所述压紧螺钉7与所述前盖板10后端连接，并通过所述后盖板8将所述多个压电陶瓷环9压在所述前盖板10后端，所述前盖板10的前端穿过所述筒身5的下端且通过双头螺柱11与变幅冲击一体化工具头12连接，所述前盖板10中段下表面与所述筒身5的下端内表面通过所述第一螺钉6连接，所述筒身5的上端通过所述筒盖4盖合，所述筒身5侧壁设有多个排气孔14；
环形风冷装置，包括上端与所述主轴壁1连接的环形上盘15和与所述环形上盘15下端连接的环形下盘16，所述环形上盘15下端具有上环形气体凹槽17，所述环形上盘15的中部具有所述机床通用刀柄3穿过的环形上盘通孔18，所述上环形气体凹槽17和所述环形上盘通孔18同轴，所述环形下盘16上端设有与所述上环形气体凹槽17相对应的下环形气体凹槽19，所述下环形气体凹槽19设有与所述上环形气体凹槽17相对应且伸入到所述上环形气体凹槽17内的环形凸起20，所述环形下盘16下端设有与所述筒盖4相对应的环形下盘凹槽21，所述筒盖4的上端位于所述环形下盘凹槽21内，所述环形下盘凹槽21与所述筒盖4之间具有气体流通间隙22，位于所述上环形气体凹槽17和所述环形上盘通孔18之间的所述上环形气体凹槽17的内侧壁延伸至所述环形下盘凹槽21的上端，所述环形上盘通孔18与所述环形下盘凹槽21连通，所述下环形气体凹槽19的外侧壁与所述环形凸起20的外侧壁之间的间隙、所述上环形气体凹槽17的槽底和所述环形凸起20的上端之间的间隙以及所述环形凸起20的内侧壁与所述上环形气体凹槽17的内侧壁之间的间隙构成截面呈n形的环形气体通道23，所述下环形气体凹槽19的外侧壁设有穿过所述环形下盘16侧壁的进气孔24，所述进气孔24上设有高压气嘴25，所述环形凸起20的内侧壁与所述上环形气体凹槽17的内侧壁之间的间隙与所述气体流通间隙22连通，所述筒盖4的上端设有四个弧形通风孔26，所述弧形通风孔26的上端与所述环形凸起20的内侧壁与所述上环形气体凹槽17的内侧壁之间的间隙相对应，所述环形上盘15和所述环形下盘26之间通过第二螺钉27连接且之间具有密封所述环形气体通道23的环形密封圈13；
以及为所述超声换能器供电的供电装置。
所述机床通用刀柄3的上端通过标注锥柄28与所述输出轴2可拆连接。
所述环形上盘15的上端具有容纳所述主轴壁1下端的环形上盘凹槽29，所述环形上盘凹槽29通过穿过其槽壁的紧定螺钉30与所述主轴壁1连接。
所述供电装置包括与所述环形下盘16下端连接的碳刷架31和位于所述筒身5外壁上的两个铜环32，所述碳刷架31上设有与所述铜环32相对应的碳刷33，所述碳刷架31上设有将所述碳刷33推压在所述铜环32上的弹簧34，所述碳刷33上设有导线，所述铜环32与所述压电陶瓷环9之间通过导线连接；
所述环形下盘16下端通过第三螺钉与所述碳刷架31连接。
所述前盖板10后端为凸台，所述凸台的顶部尺寸与所述压电陶瓷环9的尺寸相一致，所述凸台的侧壁为由所述凸台的顶部向所述前盖板10中段上表面外沿延伸的弧形面35，所述排气孔14的下端与所述前盖板10中段上表面外沿所在平面相切；
所述弧形通风孔26的孔壁向所述压电陶瓷环9倾斜。
所述变幅冲击一体化工具头12包括一体连接的超声变幅杆36和超声冲击头37；
所述变幅冲击一体化工具头12的冲击面具有一些微米级的条纹或凸起，如图7中a，b，c，d所示，可以使经冲击处理的铝蜂窝孔格端面具有微米级的沟槽和凹坑，增大有效粘接面积。
所述筒身5的上端与所述筒盖4螺纹连接。
所述前盖板10的前端为阶梯轴。
所述碳刷架31上设有碳刷槽38，所述碳刷槽38内设有所述碳刷33，所述碳刷33与所述碳刷槽38的槽底之间设有所述弹簧34。
当需要加工具有复杂面形的铝蜂窝时，应注意更换不同的变幅冲击一体化工具头。加工较大平面时，应选择平面工具头(图6a)；加工内凹曲面时，可以选择球形工具头(图6b)或者外曲面工具头(图6c)；加工外凸曲面时，应选择圆盘形工具头(图6f)或者内曲面工具头(图6d)；加工槽时可以选用平面工具头(图6a)或特制的槽用工具头(图6e)。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种铝蜂窝孔格端面的超声冲击处理装置，其特征在于，包括：
主轴，包括主轴壁和位于所述主轴壁内的输出轴；
机床通用刀柄，其上端与所述输出轴可拆连接，其下端与超声换能装置螺纹连接；
所述超声换能装置，包括与所述机床通用刀柄的下端螺纹连接的筒盖以及筒身、第一螺钉、超声换能器，所述超声换能器包括压紧螺钉，后盖板，多个压电陶瓷环和前盖板，所述压紧螺钉与所述前盖板后端连接，并通过所述后盖板将所述多个压电陶瓷环压在所述前盖板后端，所述前盖板的前端穿过所述筒身的下端且通过双头螺柱与变幅冲击一体化工具头连接，所述前盖板中段下表面与所述筒身的下端内表面通过所述第一螺钉连接，所述筒身的上端通过所述筒盖盖合，所述筒身侧壁设有多个排气孔；
环形风冷装置，包括上端与所述主轴壁连接的环形上盘和与所述环形上盘下端连接的环形下盘，所述环形上盘下端具有上环形气体凹槽，所述环形上盘的中部具有所述机床通用刀柄穿过的环形上盘通孔，所述上环形气体凹槽和所述环形上盘通孔同轴，所述环形下盘上端设有与所述上环形气体凹槽相对应的下环形气体凹槽，所述下环形气体凹槽设有与所述上环形气体凹槽相对应且伸入到所述上环形气体凹槽内的环形凸起，所述环形下盘下端设有与所述筒盖相对应的环形下盘凹槽，所述筒盖的上端位于所述环形下盘凹槽内，所述环形下盘凹槽与所述筒盖之间具有气体流通间隙，位于所述上环形气体凹槽和所述环形上盘通孔之间的所述上环形气体凹槽的内侧壁延伸至所述环形下盘凹槽的上端，所述环形上盘通孔与所述环形下盘凹槽连通，所述下环形气体凹槽的外侧壁与所述环形凸起的外侧壁之间的间隙、所述上环形气体凹槽的槽底和所述环形凸起的上端之间的间隙以及所述环形凸起的内侧壁与所述上环形气体凹槽的内侧壁之间的间隙构成截面呈n形的环形气体通道，所述下环形气体凹槽的外侧壁设有穿过所述环形下盘侧壁的进气孔，所述进气孔上设有高压气嘴，所述环形凸起的内侧壁与所述上环形气体凹槽的内侧壁之间的间隙与所述气体流通间隙连通，所述筒盖的上端设有多个弧形通风孔，所述弧形通风孔的上端与所述环形凸起的内侧壁与所述上环形气体凹槽的内侧壁之间的间隙相对应，所述环形上盘和所述环形下盘之间通过第二螺钉连接且之间具有密封所述环形气体通道的环形密封圈；
以及为所述超声换能器供电的供电装置。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述机床通用刀柄的上端通过标注锥柄与所述输出轴可拆连接。
3.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述环形上盘的上端具有容纳所述主轴壁下端的环形上盘凹槽，所述环形上盘凹槽通过穿过其槽壁的紧定螺钉与所述主轴壁连接。
4.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述供电装置包括与所述环形下盘下端连接的碳刷架和位于所述筒身外壁上的两个铜环，所述碳刷架上设有与所述铜环相对应的碳刷，所述碳刷架上设有将所述碳刷推压在所述铜环上的弹簧，所述碳刷上设有导线，所述铜环与所述压电陶瓷环之间通过导线连接；
所述环形下盘下端通过第三螺钉与所述碳刷架连接。
5.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述前盖板后端为凸台，所述凸台的顶部尺寸与所述压电陶瓷环的尺寸相一致，所述凸台的侧壁为由所述凸台的顶部向所述前盖板中段上表面外沿延伸的弧形面，所述排气孔的下端与所述前盖板中段上表面外沿所在平面相切；
所述弧形通风孔的孔壁向所述压电陶瓷环倾斜。
6.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述变幅冲击一体化工具头包括一体连接的超声变幅杆和超声冲击头；
所述变幅冲击一体化工具头的冲击面具有一些微米级的条纹或凸起。
7.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述筒身的上端与所述筒盖螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述前盖板的前端为阶梯轴。
9.根据权利要求4所述的处理装置，其特征在于，所述碳刷架上设有碳刷槽，所述碳刷槽内设有所述碳刷，所述碳刷与所述碳刷槽的槽底之间设有所述弹簧。
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