CN110079662A - 一种原位曲面超声冲击设备及其冲击加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种原位曲面超声冲击设备及其冲击加工方法，其中的原位曲面超声冲击设备包括超声波振荡器、反射腔、冲击弹丸、若干伸缩柱，超声波振荡器上端固定连接反射腔，反射腔的上端口为开放的，反射腔上端口边沿上排列一圈伸缩柱，每个伸缩柱的下端与反射腔上端口边沿紧固在一起，相邻两个伸缩柱相切，各个伸缩柱围绕形成筒状体；每个伸缩柱由螺柱、下伸缩筒、上伸缩筒构成，下伸缩筒为具有筒底、上端口开放的筒体，上伸缩筒为具有筒顶、下端口开放的筒体，螺柱上端与下伸缩筒的筒底固定连接，上伸缩筒与下伸缩筒滑动连接，弹簧设置在下伸缩筒与上伸缩筒之间。本发明可适用曲面或不规则平面零件的冲击加工，不需零件拆卸，加工灵活。
Description
技术领域：
本发明涉及的是超声冲击表面强化处理设备，具体涉及的是一种原位曲面超声冲击设备及其冲击加工方法。
背景技术：
随着机械工业的不断发展,对材料的综合性能要求越来越高。疲劳失效是机械零件失效的主要原因之一。机械零件在达到疲劳极限时会产生裂纹或突然发生完全断裂，易造成重大事故。据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳失效。同时机械零件经机械加工、热处理、强化工艺等技术处理后，使材料表面存在残余应力，由于残余应力的引入，易使零件发生翘曲和扭曲变形，甚至开裂。且残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，出现裂纹和断裂。疲劳失效与残余应力的引入将会导致机器设备无法正常工作，易发生重大事故，造成了能源与经济的巨大损失。
超声冲击作为表面强化处理的一种主要形式,可有效提升材料的综合性能,延长构件使用寿命。超声冲击技术可有效提高零件的疲劳性能，去除零件表面的残余应力或引入残余应力场，提高机械零部件的服役寿命，减少能源与经济的损失。此外超声冲击技术常用作在金属材料表面制备梯度纳米结构表层，实现材料表面的自身纳米化，因纳米结构层的存在，有效提高了材料的耐磨性能、抗腐蚀、抗疲劳强度等综合力学性能。
超声冲击技术是利用超声波使变幅杆产生高频振动，从而驱使弹丸对工件表面进行撞击，使材料力学性能、疲劳性能等得到改善。超声冲击技术具有能耗低、工艺简单、效果好等优点。但现有的超声冲击设备仍存在着以下几点不足：一是只局限加工零件表面是平面的零件，对于零件表面是曲面或折面的，则不能进行加工；二是加工时，零部件需拆卸加工；三是灵活性差。
发明内容：
本发明的目的是提供一种原位曲面超声冲击设备，这种原位曲面超声冲击设备用于解决现有超声波冲击设备只局限于加工零件表面是平面的零件，灵活性差的问题，本发明的另一个目的是提供这种原位曲面超声冲击设备的冲击加工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种原位曲面超声冲击设备包括超声波振荡器、反射腔、冲击弹丸、若干伸缩柱，超声波振荡器上端固定连接反射腔，反射腔的上端口为开放的，反射腔上端口边沿上排列一圈伸缩柱，每个伸缩柱的下端与反射腔上端口边沿紧固在一起，相邻两个伸缩柱相切，各个伸缩柱围绕形成筒状体；每个伸缩柱由螺柱、下伸缩筒、上伸缩筒构成，下伸缩筒为具有筒底、上端口开放的空心筒体，上伸缩筒为具有筒顶、下端口开放的空心筒体，螺柱上端与下伸缩筒的筒底固定连接，上伸缩筒套在下伸缩筒外，上伸缩筒与下伸缩筒滑动连接，弹簧一端固定在下伸缩筒的筒底上，弹簧另一端固定在上伸缩筒的筒顶上。
上述方案中各螺柱的下端与反射腔上端口边沿通过螺纹连接，各螺柱旋紧在上端口边沿上，每个伸缩柱通过螺柱与反射腔上端口边沿可拆卸连接，可根据需要拆卸下来其中任意一个伸缩柱，根据加工工件的形状尺寸，更换适宜大小的伸缩柱。
上述原位曲面超声冲击设备的冲击加工方法：
手持超声波振荡器，对待处理曲面工件施加力F，伸缩柱通过弹簧形变，产生压缩量，各个伸缩柱压缩量不同，随着待处理曲面工件的变化而变化，使各伸缩柱恰好抵在待处理曲面工件下，待处理曲面工件将各个伸缩柱形成的筒状体覆盖住，使冲击弹丸冲击时无法冲出去；打开超声振荡器开关，调节适宜频率，超声振荡器对冲击弹丸进行高频振动，冲击弹丸在力的作用下通过反射腔改变冲击方向，实现对待处理曲面工件的冲击加工。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过设置可自由伸缩的伸缩柱，各个伸缩柱排列在一起形成端面可变化的筒状体，待处理曲面工件置于各个伸缩柱围绕形成筒状体上面时，各个伸缩筒随着待处理曲面工件的表面形态而变化，使各伸缩柱恰好抵在待处理曲面工件下，使冲击弹丸冲击时只能在筒状体及待处理曲面工件形成的空间内运动，而无法冲击出去，具有能耗低、操作方便、可适用曲面或不规则平面加工，不需要零件拆卸，加工灵活，可适用局部和整体加工等优点。
2、本发明扩大了超声冲击技术的推广与应用，具有良好的市场应用前景。
3、本发明对材料综合力学性能提高，减少能源与经济的损失，具有重大的意义。
附图说明
四、附图说明：
图1为本发明的示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明中伸缩柱的示意图；
图4为图3的剖视图；
图5为本发明第一种工作状态的示意图；
图6为本发明第二种工作状态的示意图；
图7为本发明第一种工作状态的示意图。
图中，1超声波振荡器，2反射腔，3冲击弹丸，4伸缩柱，5待处理曲面工件，6螺柱，7下伸缩筒，8上伸缩筒，9弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
结合图1-图4所示，这种原位曲面超声冲击设备能够适应多种环境下对零部件局部或整体进行喷丸加工，它包括超声波振荡器1、反射腔2、冲击弹丸3、若干伸缩柱4，超声波振荡器1上端固定连接反射腔2，反射腔2的上端口为开放的，反射腔2上端口边沿上排列一圈伸缩柱4，每个伸缩柱4的下端与反射腔2上端口边沿紧固在一起，相邻两个伸缩柱4相切，各个伸缩柱4围绕形成筒状体。每个伸缩柱由螺柱6、下伸缩筒7、上伸缩筒8构成，下伸缩筒7为具有筒底、上端口开放的空心筒体，上伸缩筒8为具有筒顶、下端口开放的空心筒体，螺柱6上端与下伸缩筒7的筒底固定连接，上伸缩筒8套在下伸缩筒7外，上伸缩筒8与下伸缩筒7滑动连接，弹簧9一端固定在下伸缩筒7的筒底上，弹簧9另一端固定在上伸缩筒8的筒顶上。由于设置了弹簧9，各个伸缩柱4排列在一起形成端面可变化的筒状体，如果零件表面是平面的零件放置在其上时，各个伸缩柱压缩量是一样的，筒状体上端面为平的；如果零件表面是曲面的零件放置在其上时，筒状体上端面是起伏不平的。伸缩柱4当受到外力时通过弹簧9控制形变，产生压缩量，结合图3、图4所示，可实现往复伸缩运动，保证与工件的紧密接触。超声冲击时，本发明通过伸缩柱可与零部件（曲面或平面等）形成封闭体，从而实现对工件全方位的冲击处理。
本发明各螺柱6的下端与反射腔2上端口边沿通过螺纹连接，各螺柱6旋紧在上端口边沿上，每个伸缩柱4通过螺柱6与反射腔2上端口边沿可拆卸连接，可根据需要拆卸下来其中任意一个伸缩柱，根据加工工件的形状尺寸，更换适宜大小的伸缩柱。
上述原位曲面超声冲击设备的冲击加工方法：
手持超声波振荡器，对待处理曲面工件5施加力F，伸缩柱4通过弹簧9形变，产生压缩量，各个伸缩柱4压缩量不同，随着待处理曲面工件5的变化而变化，使各伸缩柱4恰好抵在待处理曲面工件5下，待处理曲面工件5将各个伸缩柱4形成的筒状体覆盖住，使冲击弹丸3冲击时只能在筒状体及待处理曲面工件形成的空间内运动，而无法冲击出去，实现将冲击弹丸3封闭在内；
打开超声振荡器开关，调节适宜频率，超声振荡器对冲击弹丸3进行高频振动，冲击弹丸3在力的作用下通过反射腔2改变冲击方向，实现对待处理曲面工件5的冲击加工。
图5为本发明对弧形曲面工件冲击加工的状态示意图，如图所示，各个伸缩柱4与弧形曲面工件配合后，各个伸缩柱4形成的筒状体上端面与弧形曲面工件相一致。
图6为本发明对W形曲面工件冲击加工的状态示意图，如图所示，各个伸缩柱4与W形曲面工件配合后，各个伸缩柱4形成的筒状体上端面与W形曲面工件相一致。
图7为本发明对折面工件冲击加工的状态示意图，如图所示，各个伸缩柱4与折面工件配合后，各个伸缩柱4形成的筒状体上端面与折面工件相一致。
本发明可解决当下超声冲击设备存在的局限平面加工、加工拆卸复杂、灵活性差等问题。
Claims (3)
1.一种原位曲面超声冲击设备，其特征在于：这种原位曲面超声冲击设备包括超声波振荡器（1）、反射腔（2）、冲击弹丸（3）、若干伸缩柱（4），超声波振荡器（1）上端固定连接反射腔（2），反射腔（2）的上端口为开放的，反射腔（2）上端口边沿上排列一圈伸缩柱（4），每个伸缩柱（4）的下端与反射腔（2）上端口边沿紧固在一起，相邻两个伸缩柱（4）相切，各个伸缩柱（4）围绕形成筒状体；每个伸缩柱由螺柱（6）、下伸缩筒（7）、上伸缩筒（8）构成，下伸缩筒（7）为具有筒底、上端口开放的空心筒体，上伸缩筒（8）为具有筒顶、下端口开放的空心筒体，螺柱（6）上端与下伸缩筒（7）的筒底固定连接，上伸缩筒（8）套在下伸缩筒（7）外，上伸缩筒（8）与下伸缩筒（7）滑动连接，弹簧（9）一端固定在下伸缩筒（7）的筒底上，弹簧（9）另一端固定在上伸缩筒（8）的筒顶上。
2.根据权利要求1所述的原位曲面超声冲击设备，其特征在于：所述的各螺柱（6）的下端与反射腔（2）上端口边沿通过螺纹连接，各螺柱（6）旋紧在上端口边沿上。
3.一种权利要求2所述的原位曲面超声冲击设备的冲击加工方法，其特征在于：
手持超声波振荡器，对待处理曲面工件（5）施加力F，伸缩柱（4）通过弹簧（9）形变，产生压缩量，各个伸缩柱（4）压缩量不同，随着待处理曲面工件（5）的变化而变化，使各伸缩柱（4）恰好抵在待处理曲面工件（5）下，待处理曲面工件（5）将各个伸缩柱（4）形成的筒状体覆盖住，使冲击弹丸（3）冲击时无法冲出去；打开超声振荡器开关，调节适宜频率，超声振荡器对冲击弹丸（3）进行高频振动，冲击弹丸（3）在力的作用下通过反射腔（2）改变冲击方向，实现对待处理曲面工件（5）的冲击加工。
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