CN109762974A - 单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置及强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置及强化方法，属于一种孔边、孔壁挤压强化的装置与方法，本发明的装置包括挤压头组件，挤压头组件连接有变幅杆，变幅杆连接于超声纵弯振动换能器，变幅杆与超声纵弯振动换能器螺纹连接组成超声振子；超声纵弯振动换能器从与变幅杆连接的一端依次串联包括有前盖板、压电片、电极片和后盖板，超声振子外连接设置有套筒，套筒的末端固定设置有转接板，转接板的末端再与机床相连；利用本发明的装置及方法可以改善孔的疲劳强度和抗腐蚀性能，提高孔的使用寿命提供了一种新的技术与方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种孔边、孔壁挤压强化的装置与方法，具体涉及一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置及方法。
背景技术
机构零部件在运转过程中不断地承受着循环应力的作用，其失效形式大部分为疲劳破坏，而构件连接孔周围是应力集中的关键区域，在孔承受载荷作用时，容易产生应力集中，形成疲劳裂纹源，使结构件的整体使用寿命降低，可以说孔结构的使用寿命直接决定了结构件的使用寿命。孔挤压技术利用一个直径大于孔径、硬度高于连接孔材料的挤压棒或圆球挤过连接孔，使孔壁材料发生弹塑性变形，经孔挤压强化后的孔壁引入大深度高幅值可控残余压应力层，改善孔结构在外载荷作用下的孔边局部应力分布状态，抑制或延缓裂纹的扩展，大幅提高连接孔疲劳强度、抗应力腐蚀和抗腐蚀疲劳性能，从而达到延长零部件使用寿命的目的。
在孔挤压过程中，由于挤压轴与孔内壁直接接触，挤压力大，极易发生折断，特别是小孔件的挤压处理，折断后的芯棒很难取出，容易对壁面造成划痕，寻找一种新型孔挤压方式对提高孔机构的使用寿命具有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置及强化方法，本发明的强化装置中通过设置的超声纵弯振动换能器，在超声电源高频电信号激励下产生纵弯振动，对孔边与孔壁进行局部强化处理，提高连接结构疲劳寿命，从而实现连接结构长寿命、高可靠性、低维修成本的目的，解决了现有技术中存在的问题。
本发明是这样的实现的：
一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，包括挤压头组件，挤压头组件连接有变幅杆，所述的变幅杆连接于超声纵弯振动换能器，所述的变幅杆与超声纵弯振动换能器螺纹连接组成超声振子；所述的超声纵弯振动换能器从与变幅杆连接的一端依次串联包括有前盖板、压电片、电极片和后盖板，所述的每片压电片由两个极化方向相反的1/2压电片组成一个整圆压电片；所述的超声振子外连接设置有套筒，所述的套筒的末端固定设置有转接板，所述的转接板的末端再与机床相连。超声纵弯振动换能器通过螺钉安装固定在套筒内，变幅杆与超声纵弯振动换能器相连，挤压头组件组件通过螺纹固定在变幅杆前端，转接板与机床相连，为单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置提供挤压力。
进一步，所述的套筒上设置有航空插头；所述的电极片的正负极引线与航空插头的插座电极接口相连，航空插头的电缆插头在套筒外与超声电源正负极引线相连。
进一步，所述的压电片设置四片，压电片串联在前盖板与后盖板之间，由后盖板螺钉压紧固定。
进一步，所述的变幅杆一端为螺柱，另一端开设有内螺纹；所述的挤压头组件与变幅杆通过开设的内螺纹螺纹连接；所述的变幅杆通过螺柱与超声纵弯振动换能器的前盖板螺纹连接。
进一步，所述的变幅杆上设置有法兰，所述的超声振子通过变幅杆上的的法兰以及法兰螺钉与套筒连接固定。
进一步，所述的转接板通过转接板螺钉与套筒连接固定。
进一步，所述的挤压头组件包括开缝衬套挤压头、铰刀、孔边挤压头、二次孔壁挤压头，所述的开缝衬套挤压头、铰刀、孔边挤压头、二次孔壁挤压头根据超声挤压工艺互换。
本发明还公开了一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化方法，其特征在于，方法如下：
当超声电源提供高频电信号时，两个极化方向相反的1/2压电片产生方向相反的振动，从而使超声纵弯振动换能器产生纵向和弯曲两种方向的组合振动，进而带动挤压头组件产生纵弯振动。
本发明的强化方法包括开缝衬套超声振动初次挤压强化、拆除开缝衬套、超声振动铰削、超声振动孔口挤压强化、超声振动孔壁二次挤压强化，整个强化方法通过更换挤压头组件来实现孔边、孔壁的振动强化作用。具体步骤如下：
步骤一：将挤压头组件设为开缝衬套挤压头，将工件安装于开缝衬套上，开缝衬套超声振动初次挤压强化；
步骤二：拆除开缝衬套；
步骤三：将开缝衬套挤压头更换为铰刀，超声振动铰削；
步骤四：将铰刀更换为孔边挤压头，超声振动孔口挤压强化；
步骤五：将孔边挤压头更换为二次孔壁挤压头，超声振动孔壁二次挤压强化。
进一步，超声振动挤压过程中，所述的开缝衬套挤压头、铰刀、孔边挤压头、二次孔壁挤压头的最大轴向拉拔力为100kN，在恒挤压力过程中的挤压力控制范围为0.1kN～80kN，挤压速度为0.1～500mm/min。
进一步，所述的超声纵弯振动换能器负载功率为0～1000W，振动频率为20～50kHz，振幅为4～8μm。
本发明与现有技术的有益效果在于：
本发明基于传统孔壁挤压方法及问题，提出一种可以提高孔壁和孔边疲劳强度的单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化的装置，并在此基础上建立适用于该超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，本发明的装置中的超声纵弯振动换能器，该换能器在超声电源高频电信号激励下产生纵弯振动，对孔边与孔壁进行局部强化处理，提高连接结构疲劳寿命，从而实现连接结构长寿命、高可靠性、低维修成本的目的；
本发明还公开了利用本发明强化装置的强化方法，利用超声挤压方法，可以改善孔的疲劳强度和抗腐蚀性能，提高孔的使用寿命提供了一种新的技术与方法。
附图说明
图1是本发明的开缝衬套超声挤压时的装置示意图；
图2是本发明的超声绞削时的装置示意图；
图3是本发明的超声孔口挤压时的装置示意图；
图4是本发明的超声孔壁二次挤压时的装置示意图；
图5是本发明的单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化方法流程图；
图中标号说明：1.开缝衬套挤压头，2.变幅杆，3.法兰螺钉，4.电极片，5.航空插头，6.转接板，7.转接板螺钉，8.套筒，9.后盖板，10.压电片,11.前盖板，12.铰刀,13.孔边挤压头,14.二次孔壁挤压头，15.机床，16.工件，17.开缝衬套。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1~4所示，本发明的装置包括挤压头组件，变幅杆2，法兰螺钉3，电极片4，航空插头5，转接板6，转接板螺钉7，套筒8，后盖板9，压电片10,前盖板11，铰刀12,孔边挤压头13,二次孔壁挤压头14，机床15。其中的挤压头组件包括开缝衬套挤压头1、铰刀12、孔边挤压头13、二次孔壁挤压头14，并可根据挤压强化孔的工序拆卸更换所需的挤压头。
前盖板11、压电片10、电极片4和后盖板9依次串联装配成超声纵弯振动换能器；变幅杆2与超声纵弯振动换能器通过螺纹连接组成超声振子，超声振子通过变幅杆2的法兰有法兰螺钉3与套筒8连接固定；挤压头组件通过螺纹与变幅杆2相连；电极片4的正负极引线与航空插头5的插座电极接口相连，超声电源正负极引线与航空插头5的电缆插头相连；转接板6通过转接板螺钉7与套筒8连接固定；同时，转接板6末端与机床15相连，并由机床15为整个单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化的装置提供挤压力。
超声纵弯振动换能器由前盖板11、压电片10、电极片4和后盖板9依次串联装配组成，压电片10由两个极化方向相反的1/2压电片组成一个整圆压电片；当超声电源提供高频电信号时，两个极化方向相反的1/2压电片产生方向相反的振动，从而使超声纵弯振动换能器产生纵向和弯曲两种方向的组合振动，进而带动挤压头组件产生纵弯振动；超声纵弯振动换能器负载功率为0～1000W，振动频率为20～50kHz，振幅为4～8μm。
单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化方法主要包括第一步：开缝衬套超声振动初次挤压强化；第二步：拆除开缝衬套；第三步：超声振动铰削；第四步：超声振动孔口挤压强化；第五步：超声振动孔壁二次挤压强化。超声振动挤压过程中，挤压头组件的最大轴向拉拔力为100kN，在恒挤压力过程中的挤压力控制范围为0.1kN～80kN，挤压速度为0.1～500mm/min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，包括挤压头组件，其特征在于，所述的挤压头组件连接有变幅杆（2），所述的变幅杆（2）连接于超声纵弯振动换能器，所述的变幅杆（2）与超声纵弯振动换能器螺纹连接组成超声振子；所述的超声纵弯振动换能器从与变幅杆（2）连接的一端依次包括有前盖板（11）、压电片（10）、电极片（4）和后盖板（9），且串联连接；所述的每片压电片（10）由两个极化方向相反的1/2压电片组成一个整圆压电片；所述的超声振子外连接设置有套筒（8），所述的套筒（8）的末端固定设置有转接板（6），所述的转接板（6）的末端再与机床（15）相连。
2.根据权利要求1所述的一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，其特征在于，所述的套筒（8）上设置有航空插头（5）；所述的电极片（4）的正负极引线与航空插头（5）的插座电极接口相连，航空插头（5）的电缆插头在套筒（8）外与超声电源正负极引线相连。
3.根据权利要求1所述的一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，其特征在于，所述的压电片（10）设置四片，压电片（10）串联在前盖板（11）与后盖板（9）之间，由后盖板螺钉压紧固定。
4.根据权利要求1所述的一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，其特征在于，所述的变幅杆（2）一端为螺柱，另一端开设有内螺纹；所述的挤压头组件与变幅杆（2）通过开设的内螺纹螺纹连接；所述的变幅杆（2）通过螺柱与超声纵弯振动换能器的前盖板（11）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，其特征在于，所述的变幅杆（2）上设置有法兰，所述的超声振子通过变幅杆（2）上的的法兰以及法兰螺钉（3）与套筒（8）连接固定。
6.根据权利要求1所述的一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，其特征在于，所述的转接板（6）通过转接板螺钉（7）与套筒（8）连接固定。
7.根据权利要求1所述的一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，其特征在于，所述的挤压头组件包括开缝衬套挤压头（1）、铰刀（12）、孔边挤压头（13）、二次孔壁挤压头（14），所述的开缝衬套挤压头（1）、铰刀（12）、孔边挤压头（13）、二次孔壁挤压头（14）根据超声挤压工艺互换。
8.根据权利要求1~7任一所述的单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化方法，其特征在于，方法如下：
当超声电源提供高频电信号时，两个极化方向相反的1/2压电片产生方向相反的振动，从而使超声纵弯振动换能器产生纵向和弯曲两种方向的组合振动，进而带动挤压头组件产生纵弯振动；
步骤一：将挤压头组件设为开缝衬套挤压头（1），将工件（16）安装于开缝衬套（17）上，开缝衬套超声振动初次挤压强化；
步骤二：拆除开缝衬套；
步骤三：将开缝衬套挤压头（1）更换为铰刀（12），超声振动铰削；
步骤四：将铰刀（12）更换为孔边挤压头（13），超声振动孔口挤压强化；
步骤五：将孔边挤压头（13）更换为二次孔壁挤压头（14），超声振动孔壁二次挤压强化。
9.根据权利要求8所述的单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化方法，其特征在于，超声振动挤压过程中，所述的开缝衬套挤压头（1）、铰刀（12）、孔边挤压头（13）、二次孔壁挤压头（14）的最大轴向拉拔力为100kN，在恒挤压力过程中的挤压力控制范围为0.1kN～80kN，挤压速度为0.1～500mm/min。
10.根据权利要求8所述的一种单激励超声振动纵弯复合式孔壁挤压强化装置，其特征在于，所述的超声纵弯振动换能器负载功率为0～1000W，振动频率为20～50kHz，振幅为4～8μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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