CN111167887A - 一种超声强化矫形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声强化矫形装置，包括：用于冲击工件表面的喷射体，喷射体为亲磁性金属件；用于设置喷射体的端盖，端盖设有用于与喷射体可滑动配合的喷射孔；超声波电源和与超声波电源相连的超声换能器，超声换能器的输出端设有用于撞击喷射体以使喷射体喷射出去并冲击工件表面的振动体，振动体具有磁性，振动体依靠磁吸力能够吸附喷射体，以启动喷射体。该超声强化矫形装置可以实现工件任意方向的表面强化矫形工艺，避免金属屑等杂质进入该超声强化矫形装置内部，且可适用于较重且尺寸较大的喷射体，使喷射体具有较大的冲击强度。

Description

一种超声强化矫形装置

技术领域

本发明涉及表面强化及矫形技术领域，更具体地说，涉及一种超声强化矫形装置。

背景技术

作为目前最具前景的金属材料冷加工表面强化处理工艺，超声波强化在机械制造过程中具有广泛应用，例如，超声波强化可以用于飞机壁板零件、运载火箭储箱等零件的表面成形，还可以用于经铸造、焊接、冲压等机械加工所导致的变形构件的矫形等。

超声波强化工艺主要利用丸粒或撞针等喷射件，在超声波作用下，高速冲击结构件表面，使结构件表面产生一层强化层，以提高结构件的疲劳寿命和抗应力腐蚀性能等。

现有技术中的超声波强化设备，主要依靠喷射件自身的重力或者借助负压吸力来使喷射件撞击工件后再次启动，以使喷射件不断的与超声振动的变幅杆碰撞，从而使喷射件不断被激发喷射出去，实现工件表面的强化。

然而，当利用喷射件自身重力使喷射件启动时，工件必须被悬置，并使超声波强化设备位于工件正下方，因此，工件的处理方向受到限制，需要不断的翻转工件，使工件的不同面朝向超声波强化设备。

而借助负压吸力使喷射件启动时，一方面，由于负压吸力的作用，极容易导致金属碎屑或粉尘等杂质被吸入超声波强化设备内部，使电器设备发生断路风险，造成设备故障，或者影响喷射件运动的顺畅性，对工件表面处理的工艺性造成影响。另一方面，由于负压的最大压力是一个大气压，吸附压力存在上限，因此，这种方式仅适用于极少数量或重量较轻的喷射件，例如，采用单撞针或极少数量的撞针进行单点或线的强化处理，如对焊缝去应力等。对于较大尺寸且重力较重的喷射件，负压通常情况下无法将喷射件吸附到超声振动的变幅杆的表面而使喷射件被喷射出去，或者使喷射件的冲击力小，导致工件表面强化处理后的强度比较低。

综上所述，如何提供一种可实现工件不同方位的表面强化矫形工艺，同时可避免金属屑等杂质进入设备内部，并可适用于较重且尺寸较大喷射件的超声强化矫形装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种超声强化矫形装置，可以实现工件任意方向的表面强化矫形工艺，避免金属屑等杂质进入该超声强化矫形装置内部，且可适用于较重且尺寸较大的喷射体，使喷射体具有较大的冲击强度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超声强化矫形装置，包括：

用于冲击工件表面的喷射体，所述喷射体为亲磁性金属件；

用于设置所述喷射体的端盖，所述端盖设有用于与所述喷射体可滑动配合的喷射孔；

超声波电源和与所述超声波电源相连的超声换能器，所述超声换能器的输出端设有用于撞击所述喷射体以使所述喷射体喷射出去并冲击工件表面的振动体，所述振动体具有磁性，所述振动体依靠磁吸力能够吸附所述喷射体，以启动所述喷射体。

优选地，所述振动体为永磁体。

优选地，所述振动体的外周部缠绕有导电绕组，以形成电磁铁。

优选地，还包括分别与所述超声波电源和所述导电绕组相连的控制器，用于控制所述超声波电源的输出功率和所述导电绕组的通电流大小，以通过调整所述输出功率和所述通电流大小使所述喷射体具有预设冲击强度。

优选地，还包括用于检测所述喷射体的冲击强度的传感器，所述传感器与所述控制器相连，以使所述控制器根据所述传感器的检测信号控制所述输出功率和所述通电流大小。

优选地，所述喷射体用于与工件表面接触的冲击端的形状为平面、弧面、球面或尖角状。

优选地，所述冲击端设有冲击齿。

优选地，所述端盖包括盖体和设于所述盖体一端的顶盖，所述顶盖设有贯穿其厚度的第一喷射孔，所述盖体设有贯穿其厚度的第二喷射孔，所述第一喷射孔与所述第二喷射孔一一对应设置；

所述喷射体包括用于与所述第一喷射孔可滑动配合的第一柱状部和用于与所述第二喷射孔可滑动配合的第二柱状部，所述第二柱状部的径向尺寸大于所述第一喷射孔的孔径。

优选地，所述端盖还包括设于所述盖体另一端的隔板，所述隔板设有第三喷射孔，所述第三喷射孔与所述第二喷射孔一一对应设置；

所述喷射体还包括与所述第三喷射孔可滑动配合的第三柱状部，所述第二柱状部的径向尺寸大于所述第三喷射孔的孔径。

优选地，所述盖体和所述顶盖为一体成型结构。

本发明提供的超声强化矫形装置，通过振动体的磁吸力来启动喷射体，使喷射体与振动体碰撞，并通过振动体将超声波能量转化为喷射体对工件表面的高速冲击，使工件表面产生塑性变形，以此实现工件表面的强化或矫形工艺。

相比于现有技术依靠喷射件自身的重力或者借助负压吸力来使喷射件启动，本发明通过振动体的磁吸力使喷射体启动，首先可实现工件不同方位的表面强化或矫形工艺；其次，可避免金属屑、粉尘等杂质进入超声强化矫形装置内部，避免外界杂质等影响超声强化矫形装置的运行性能，提高了超声强化矫形装置的防护等级，可以使其在恶劣环境中工作；另外，由于振动体的磁吸力不会像采用负压时具有负压压力上限限制，因此，可以驱动重量或尺寸较大的喷射体，使喷射体具有更高的冲击强度和效率，尤其适用于大型结构件的强化矫形工艺。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1为本发明一个具体实施例提供的超声强化矫形装置的结构示意图；

图2为本发明另一个具体实施例提供的超声强化矫形装置的结构示意图；

图3为本发明一个具体实施例中喷射体的结构示意图；

图4为本发明一个具体实施例中喷射体的冲击端的不同形状示意图；

图5为本发明另一个具体实施例中喷射体的结构示意图；

图6为本发明另一个具体实施例中喷射体的冲击端的不同形状示意图；

图7为本发明一个具体实施例中喷射体冲击端的冲击齿的结构示意图。

图1至图7中的附图标记如下：

1为喷射体、11为第一柱状部、111为冲击端、112为冲击齿、12为第二柱状部、13为第三柱状部、2为端盖、21为盖体、22为顶盖、23为隔板、3为超声换能器、4为振动体、41为导电绕组、5为外壳、6为螺柱。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种超声强化矫形装置，可以实现工件任意方向的表面强化矫形工艺，避免金属屑等杂质进入该超声强化矫形装置内部，且可适用于较重且尺寸较大的喷射体，使喷射体具有较大的冲击强度。

请参考图1-图7，图1为一个具体实施例提供的超声强化矫形装置的结构示意图；图2为另一个具体实施例提供的超声强化矫形装置的结构示意图；图3为一个具体实施例中喷射体的结构示意图；图4为一个具体实施例中喷射体的冲击端的不同形状示意图；图5为另一个具体实施例中喷射体的结构示意图；图6为另一个具体实施例中喷射体的冲击端的不同形状示意图；图7为一个具体实施例中喷射体冲击端的冲击齿的结构示意图。

本发明提供一种超声强化矫形装置，主要包括喷射体1、端盖2、超声波电源、超声换能器3以及振动体4等。

具体地，端盖2用于设置喷射体1，端盖2设有用于对喷射体1的运动方向进行限位的喷射孔，喷射体1与喷射孔可滑动配合，以使喷射体1在力的作用下能够相对喷射孔运动。

超声换能器3与超声波电源相连，振动体4设于超声换能器3的输出端，超声波电源用于将高频电流输入超声换能器3中，超声换能器3用于将超声波电源输入的电功率转换成纵波振动的机械功率，并将纵波振动传递至振动体4，振动体4用于撞击喷射体1，以使喷射体1被喷射出去。

喷射体1用于在振动体4的作用下，不断冲击工件表面，以对工件表面实现超声强化工艺。

进一步地，喷射体1为亲磁性金属件，振动体4具有磁性，振动体4依靠磁吸力能够吸附喷射体1，以启动喷射体1。

也就是说，工作过程中，通过振动体4的磁吸力，来吸附喷射体1，以使喷射体1在磁吸力作用下撞向振动体4；振动体4在超声换能器3的作用下高频振动，并在喷射体1撞向振动体4的瞬间，将喷射体1弹射出去，以使喷射体1冲击工件表面，对工件表面进行冲击；喷射体1与工件表面冲击碰撞后反弹，这时，借助振动体4的磁吸力，使喷射体1再次撞向振动体4，如此往复循环，使喷射体1不断的冲击工件表面，达到对工件表面进行超声强化矫形的目的。

由此可以看出，本发明通过振动体4的磁吸力来启动喷射体1，使喷射体1与振动体4碰撞，并通过振动体4将超声波能量转化为喷射体1对工件表面的高速冲击，使工件表面产生塑性变形，以此实现工件表面的强化或矫形工艺。

相比于现有技术依靠喷射件自身的重力或者借助负压吸力来使喷射件启动，本发明通过振动体4的磁吸力使喷射体1启动，首先可实现工件不同方位的表面强化或矫形工艺；其次，可避免金属屑、粉尘等杂质进入超声强化矫形装置内部，避免外界杂质等影响超声强化矫形装置的运行性能，提高了超声强化矫形装置的防护等级，可以使其在恶劣环境中工作；另外，由于振动体4的磁吸力不会像采用负压时具有负压压力上限限制，因此，可以驱动重量或尺寸较大的喷射体1，使喷射体1具有更高的冲击强度和效率，尤其适用于大型结构件的强化矫形工艺。

考虑到振动体4磁性的一种实现方式，在上述实施例的基础之上，振动体4为永磁体。

也就是说，本实施例利用永磁体的磁性来吸附喷射体1，简单方便，便于实现。

需要说明的是，此时，喷射体1也可以为与永磁体的磁极相反的永磁铁，以利用异性磁极相吸的原理，使振动体4吸附喷射体1，以实现喷射体1的启动。

考虑到振动体4磁性的一种实现方式，在上述实施例的基础之上，振动体4的外周部缠绕有导电绕组41，以形成电磁铁。

也就是说，本实施例中的振动体4为电磁铁，对导电绕组41通电后，可以使振动体4具有磁性，此时，振动体4的磁性大小由导电绕组41通电流的大小决定，也即，导电绕组41通电流越大，则振动体4的磁性越大，磁吸力越大；导电绕组41通电流越小，则振动体4的磁性越小，磁吸力越小。

为了使喷射体1具有合适的冲击强度，在上述实施例的基础之上，还包括分别与超声波电源和导电绕组41相连的控制器，用于控制超声波电源的输出功率和导电绕组41的通电流大小，以通过调整超声波电源的输出功率和导电绕组41的通电流大小，使喷射体1具有预设冲击强度。

可以理解的是，喷射体1的冲击强度与振动体4的磁吸力以及振动体4的振动能量有关，因此，本实施例通过控制器分别控制超声波电源的输出功率和导电绕组41的通电流大小，来使振动体4的磁吸力和振动能量共同作用，使喷射体1具有合适的冲击强度。

需要说明的是，预设冲击强度是指本领域技术人员根据实际需要所设定的喷射体1的冲击强度，本发明对预设冲击强度的具体大小不做限定。

另外，本发明对控制器的具体控制方法不做限定，例如，当喷射体1的冲击强度未达到预设冲击强度，且超声波电源的输出功率未达到最大输出功率时，不断增大超声波电源的输出功率，直至超声波电源的输出功率达到其最大输出功率为止，也即，在此过程中，通过不断增大超声波电源的输出功率来增大喷射体1的冲击强度。

当超声波电源的输出功率达到其最大输出功率，且喷射体1的冲击强度仍未达到预设冲击强度时，通过控制器控制导电绕组41的电流不断增大，直至导电绕组41的电流达到其最大电流为止，也即，此时，当超声波电源的输出功率达到其最大输出功率时，通过逐渐增大导电绕组41的电流来增大喷射体1的冲击强度。

当喷射体1的冲击强度大于预设冲击强度，且超声波电源的输出功率大于其最小输出功率时，通过控制器控制超声波电源的输出功率不断减小，来减小喷射体1的冲击强度，直至超声波电源的输出功率达到其最小输出功率为止。

当超声波电源的输出功率达到其最小输出功率，且喷射体1的冲击强度仍然大于预设冲击强度时，通过控制器控制导电绕组41的电流不断减小，来进一步减小喷射体1的冲击强度，直至导电绕组41的电流达到其最小电流为止。

为了能够实时监测喷射体1的冲击强度，在上述实施例的基础之上，还包括用于检测喷射体1的冲击强度的传感器，传感器与控制器相连，以使控制器根据传感器的检测信号控制超声波电源的输出功率和导电绕组41的电流大小。

也就是说，本实施例通过传感器来检测喷射体1的实时冲击强度，并将该实时冲击强度信号发送至控制器，控制器接收到该实时冲击强度信号后，将喷射体1的实时冲击强度与预设冲击强度的初始值进行对比，以根据比较结果来控制超声波电源的输出功率和导电绕组41的电流大小，达到调整喷射体1的冲击强度的目的。

需要说明的是，本实施例对传感器的具体结构及其设置方式不做限定，只要能够检测到喷射体1的冲击强度即可，例如，传感器可以为压力传感器，该压力传感器可优选设置在振动体4的工作面上。

如图4和图6所示，为了使喷射体1能够适应不同形状的工件表面，在上述任意一项实施例的基础之上，喷射体1用于与工件表面接触的冲击端111的形状为平面、弧面、球面或尖角状等，本领域技术人员可以根据实际需要来选择。

在上述实施例的基础之上，如图7所示，喷射体1的冲击端111设有冲击齿112，冲击齿112的形状可以根据实际需要来选择。

进一步地，在上述各个实施例中，对喷射体1的具体数量不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要来选择。

可以理解的是，振动体4工作面的面积随着喷射体1的数量增加而增大，以使振动体4的工作面能够完全覆盖所有的喷射体1，以便提升超声强化工艺的处理效率。

考虑到端盖2的具体结构，在上述各个实施例的基础之上，端盖2包括盖体21和设于盖体21一端的顶盖22，顶盖22设有贯穿其厚度的第一喷射孔，盖体21设有贯穿其厚度的第二喷射孔，第一喷射孔与第二喷射孔一一对应设置；喷射体1包括第一柱状部11和第二柱状部12，第一柱状部11用于与第一喷射孔可滑动配合，第二柱状部12用于与第二喷射孔可滑动配合；第二柱状部12的径向尺寸大于第一喷射孔的孔径。

由于第二柱状部12的径向尺寸大于第一喷射孔的孔径，因此，第二柱状部12不能从第一喷射孔通过，当第二柱状部12运动至第一喷射孔时，第二柱状部12与第一喷射孔的端面相抵触，喷射体1无法继续朝靠近第一喷射孔的方向运行，也即，此时，为喷射体1的最大行程的位置，此时，喷射体1伸出第一喷射孔的一端与工件表面接触，对工件表面进行冲击。

需要说明的是，盖体21与顶盖22可以焊接固定或通过螺栓固定等。

当然，考虑到加工的方便性，作为一种优选方案，盖体21和顶盖22为一体成型结构。

优选地，还包括外壳5，盖体21与外壳5固定连接，超声换能器3和振动体4设于外壳5内。

考虑到安装的方便性，避免在安装时喷射体1自第二喷射孔中落下，在上述实施例的基础之上，端盖2还包括设于盖体21另一端的隔板23，隔板23设有第三喷射孔，第三喷射孔与第二喷射孔一一对应设置；喷射体1还包括与第三喷射孔可滑动配合的第三柱状部13，第二柱状部12的径向尺寸大于第三喷射孔的孔径。

也就是说，在喷射体1撞向振动体4的过程中，第二柱状部12不能从第三喷射孔通过，当第二柱状部12运动至第三喷射孔时，第二柱状部12与第三喷射孔的端面相抵触，喷射体1无法继续朝靠近第三喷射孔的方向运行，也即，此时，为喷射体1的另一极限位置，此时，喷射体1伸出第三喷射孔的一端与振动体4撞击，以启动喷射体1。

也即，本实施例通过隔板23对第二柱状部12进行机械限位，避免在安装过程中喷射体1自第二喷射孔中脱离。

需要说明的是，盖体21与隔板23可以焊接固定或通过螺栓固定等。

为了使喷射体1具有较大的行程，在上述各个实施例的基础之上，振动体4为用于使超声换能器3输出的振动的振幅放大的变幅振动体4，变幅振动体4的具体结构可参见现有技术，本文不做具体限定。

考虑到振动体4与超声换能器3连接的方便性，作为一种优选方案，振动体4与超声换能器3通过螺柱6连接。当然，振动体4与超声换能器3也可以通过如焊接等其它的机械连接方式实现两者的固定连接。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的超声强化矫形装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超声强化矫形装置，其特征在于，包括：

用于冲击工件表面的喷射体(1)，所述喷射体(1)为亲磁性金属件；

用于设置所述喷射体(1)的端盖(2)，所述端盖(2)设有用于与所述喷射体(1)可滑动配合的喷射孔；

超声波电源和与所述超声波电源相连的超声换能器(3)，所述超声换能器(3)的输出端设有用于撞击所述喷射体(1)以使所述喷射体(1)喷射出去并冲击工件表面的振动体(4)，所述振动体(4)具有磁性，所述振动体(4)依靠磁吸力能够吸附所述喷射体(1)，以启动所述喷射体(1)。

2.根据权利要求1所述的超声强化矫形装置，其特征在于，所述振动体(4)为永磁体。

3.根据权利要求1所述的超声强化矫形装置，其特征在于，所述振动体(4)的外周部缠绕有导电绕组(41)，以形成电磁铁。

4.根据权利要求3所述的超声强化矫形装置，其特征在于，还包括分别与所述超声波电源和所述导电绕组(41)相连的控制器，用于控制所述超声波电源的输出功率和所述导电绕组(41)的通电流大小，以通过调整所述输出功率和所述通电流大小使所述喷射体(1)具有预设冲击强度。

5.根据权利要求4所述的超声强化矫形装置，其特征在于，还包括用于检测所述喷射体(1)的冲击强度的传感器，所述传感器与所述控制器相连，以使所述控制器根据所述传感器的检测信号控制所述输出功率和所述通电流大小。

6.根据权利要求1-5任一项所述的超声强化矫形装置，其特征在于，所述喷射体(1)用于与工件表面接触的冲击端(111)的形状为平面、弧面、球面或尖角状。

7.根据权利要求6所述的超声强化矫形装置，其特征在于，所述冲击端(111)设有冲击齿(112)。

8.根据权利要求6所述的超声强化矫形装置，其特征在于，所述端盖(2)包括盖体(21)和设于所述盖体(21)一端的顶盖(22)，所述顶盖(22)设有贯穿其厚度的第一喷射孔，所述盖体(21)设有贯穿其厚度的第二喷射孔，所述第一喷射孔与所述第二喷射孔一一对应设置；

所述喷射体(1)包括用于与所述第一喷射孔可滑动配合的第一柱状部(11)和用于与所述第二喷射孔可滑动配合的第二柱状部(12)，所述第二柱状部(12)的径向尺寸大于所述第一喷射孔的孔径。

9.根据权利要求8所述的超声强化矫形装置，其特征在于，所述端盖(2)还包括设于所述盖体(21)另一端的隔板(23)，所述隔板(23)设有第三喷射孔，所述第三喷射孔与所述第二喷射孔一一对应设置；

所述喷射体(1)还包括与所述第三喷射孔可滑动配合的第三柱状部(13)，所述第二柱状部(12)的径向尺寸大于所述第三喷射孔的孔径。

10.根据权利要求8所述的超声强化矫形装置，其特征在于，所述盖体(21)和所述顶盖(22)为一体成型结构。

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