CN113084714A - 一种空化喷丸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空化喷丸装置，包括外壳体、设于外壳体内且中心具有供液孔的振动柱及固套于振动柱的压电陶瓷片，当压电陶瓷片通电时，压电陶瓷片驱动振动柱相对于外壳体振动，并向供液孔发射超声波，超声波冲击供液孔内的液体介质，液体介质产生空化效应，液体介质空化后所产生的空化泡喷射到零件表面，空化泡瞬间破灭时所产生的局部高温和微射流会作用于零件表面，而液体介质喷射可持续进行，通过调节流速和超声功率来调整喷丸强度，使喷丸强度与零件表面的残余应力相匹配，有利于提升零件的表面质量。此外，本发明采用过流式空化结构，无需增设密封腔室，空化作用不受限制，可应用于大型构件，应用范围较广。

Description

一种空化喷丸装置
技术领域
本发明涉及喷丸强化技术领域，特别涉及一种空化喷丸装置。
背景技术
喷丸强化技术是将携带巨大能量的高速弹丸喷射到零件表面，使零件表面产生塑性形变，形成强化层，使零件表面呈现理想的组织结构和残余应力分布，达到提高零构件周期疲劳强度的目的，广泛应用于航天、建筑、纺织、冶金及化工等领域。
常见的喷丸强化技术主要包括机械喷丸技术和水射流喷丸技术，其中，机械喷丸技术是利用空气动力将金属丸粒喷射到构件表面上，会对零件表面的粗糙度产生不良影响，处理也不均匀，喷丸强度可控性差，影响零件的表面质量。水射流喷丸技术需要密封腔室，通过改变液体体积变化产生空化效应来实现空化喷丸，而密封腔室的体积固定，所能产生的空化作用有限，应用范围相对较小。
因此，如何设计一款空化喷丸装置以兼顾提升零件表面质量并扩大应用范围是本领域技术人员需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空化喷丸装置，采用过流式空化结构，可通过调节振动柱的供液孔流速来调整喷丸强度，能够提升零件的表面质量，且可应用于大型构件，应用范围较广。
本发明所提供的空化喷丸装置，包括：
外壳体；
设于外壳体内且中心具有供液孔的振动柱；
固套于振动柱的压电陶瓷片；
当压电陶瓷片通电时，压电陶瓷片驱动振动柱相对于外壳体振动，供液孔内的液体介质受超声波作用而产生空化效应。
优选的，振动柱的外周与外壳体的内壁之间设有相互卡接的限位环和限位槽，限位环与限位槽二者由减振环隔开。
优选的，外壳体包括内壁一体式设有上止挡环的壳本体及固设于壳本体底部且端部一体式设有下止挡环的下端盖，振动柱的承载块外侧一体式设有限位环，减振环包括抵接于上止挡环与限位环之间的上减振圈和抵接于下止挡环与限位环之间的下减振圈。
优选的，下端盖设有用于供承载块穿过的避让孔，避让孔与承载块之间设有避让腔。
优选的，振动柱包括与承载块相固连并用于配合承载块夹紧压电陶瓷片的夹紧块。
优选的，振动柱还包括设于供液孔内且两端分别与夹紧块及承载块可拆卸连接的连接套，连接套的中心孔与供液孔相连通。
优选的，还包括穿过外壳体且与连接套相连通的管接头。
优选的，管接头与连接套之间及连接套与供液孔之间均设有密封件。
优选的，还包括可拆卸地设于夹紧块远离压电陶瓷片一端的喷射盖，喷射盖设有若干个与供液孔相连通的喷射孔。
优选的，还包括：
与供液孔相连通的供液管；
设于供液管的调节阀；
与调节阀相连的控制器；
当控制器输入指定喷丸强度时，控制器将调节阀调整至指定开口，指定开口与指定喷丸强度相匹配。
相对于背景技术，本发明所提供的空化喷丸装置，包括外壳体、振动柱和压电陶瓷片，其中，振动柱设于外壳体内，压电陶瓷片固套于振动柱上，振动柱的中心具有供液体介质流通的供液孔。
当压电陶瓷片通电时，压电陶瓷片驱动振动柱相对于外壳体振动，并向供液孔发射超声波，超声波冲击供液孔内的液体介质，液体介质产生空化效应，液体介质空化后所产生的空化泡喷射到零件表面，空化泡瞬间破灭时所产生的局部高温和微射流会作用于零件表面，而液体介质喷射可持续进行，通过调节流速和超声功率来调整喷丸强度，使喷丸强度与零件表面的残余应力相匹配，有利于提升零件的表面质量。
此外，本发明采用过流式空化结构，无需增设密封腔室，空化作用不受限制，可应用于大型构件，应用范围较广。
因此，本发明所提供的空化喷丸装置能够提升零件的表面质量并扩大应用范围。
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他的附图。
图1为本发明一种具体实施例所提供的空化喷丸装置的主视图；
图2为图1的A-A向剖面图；
图3为图2中B的局部放大图；
图4为图1中喷射盖的结构图。
附图标记如下：
外壳体1、振动柱2、压电陶瓷片3、减振环4和喷射盖5；
限位槽10、壳本体11、下端盖12和上端盖13；
上止挡环111；
下止挡环121和避让孔122；
供液孔20、限位环21、承载块22、夹紧块23、连接套24和管接头25；
上减振圈41和下减振圈42；
喷射孔51。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图4，图1为本发明一种具体实施例所提供的空化喷丸装置的主视图；图2为图1的A-A向剖面图；图3为图2中B的局部放大图；图4为图1中喷射盖的结构图。
本发明实施例公开了一种空化喷丸装置，包括外壳体1、振动柱2和压电陶瓷片3，外壳体1的中心中空，振动柱2装于外壳体1内，但需特别指明的是，振动柱2与外壳体1二者不刚性接触，避免振动柱2带动外壳体1振动。
振动柱2的中心具有供液孔20，使供液孔20供液体介质流通。供液孔20的一端用于喷射出喷丸，其另一端与供液箱相接通，供液箱盛有液体介质。
压电陶瓷片3固套于振动柱2上，振动柱2可套设多个环形压电陶瓷片。具体地，振动柱2上套有六层压电陶瓷片3，压电陶瓷片3的设置数量可依据喷丸强度进行设定，在此不做具体限定。
当压电陶瓷片3通电时，压电陶瓷片3驱动振动柱2相对于外壳体1振动，与此同时，压电陶瓷片3向供液孔20发射超声波，超声波冲击供液孔20内的液体介质，高频振动的液体介质产生空化效应，液体介质空化后所产生的空化泡喷射到零件表面，空化泡瞬间破灭时所产生的局部高温和微射流高速轰击零件表面，零件表面产生压应力，引起零件表面发生塑性变形、形变硬化，实现大幅提升零件的疲劳强度和耐腐蚀能力，而液体介质喷射可持续进行，通过调节流速和超声功率来调整喷丸强度，使喷丸强度与零件表面的残余应力相匹配，且处理区强度均匀，有利于提升零件的表面质量。
此外，本发明采用过流式空化结构，无需增设密封腔室，空化作用不受限制，可应用于长期承受交变载荷的大型构件，应用范围较广。
综上所述，本发明所提供的空化喷丸装置能够提升零件的表面质量并扩大应用范围。
为限定振动柱2的位置，振动柱2的外周与外壳体1的内壁之间设有相互卡接的限位环21和限位槽10，轴向限定振动柱2的位置。在该具体实施例中，限位环21可设于振动柱2的外周，限位槽10可设于外壳体1的内壁，当然，互换限位环21与限位槽10仍能实现本发明的目的。
为避免振动柱2与外壳体1直接接触，限位环21与限位槽10二者由减振环4隔开，利用减振环4吸收振动柱2的振动冲击，避免振动柱2带动外壳体1振动。减振环4可以是整体式结构，具体可以是一个横截面呈U型的橡胶圈。当然，减振环4也可以是分体式结构，具体可参考下述内容。
外壳体1包括壳本体11和下端盖12，壳本体11呈圆筒状，壳本体11的内壁一体式设有上止挡环111，下端盖12固设于壳本体11底部，下端盖12的顶端一体式设有下止挡环121，上止挡环111与下止挡环121共同构成限位槽10。振动柱2包括承载块22，多块压电陶瓷片3叠放于承载块22顶部，利用承载块22承载压电陶瓷片3。承载块22呈圆柱状，但承载块22的结构不限于此。承载块22的外侧一体式设有限位环21，限位环21位于上止挡环111与下止挡环121之间。壳本体11与下端盖12之间可采用过盈连接或螺纹连接。
减振环4包括上减振圈41和下减振圈42，上减振圈41抵接于上止挡环111与限位环21之间，上减振圈41的两端分别与上止挡环111的底部和限位环21的顶端弹性相抵，利用上减振圈41隔开上止挡环111与限位环21。下减振圈42抵接于下止挡环121与限位环21之间，下减振圈42的两端分别与下止挡环121的顶端与限位环21的底端弹性相抵，利用下减振圈42隔开下止挡环121和限位环21。由此利用上减振圈41和下减振圈42二者隔开振动柱2和外壳体1。基于通用性考虑，上减振圈41和下减振圈42均可以是橡胶密封圈。
外壳体1还包括上端盖13，壳本体11的顶部设有轴向限定上端盖13的止挡凸台，上端盖13可采用螺纹连接的方式固定壳本体11内。
下端盖12设有用于供承载块22穿过的避让孔122，避让孔122与承载块22之间设有避让腔，进一步避免振动柱2与壳本体11直接接触。下端盖12呈圆盘状，避让孔122可以是圆形通孔，承载块22的底端外侧面可呈圆锥状，避让孔122的孔径大于承载块22的外径。
振动柱2包括夹紧块23，夹紧块23与承载块22相固连，压电陶瓷片3设于夹紧块23与承载块22之间，使夹紧块23配合承载块22夹紧压电陶瓷片3。承载块22的外径与压电陶瓷片3的外径一致。夹紧块23的头部设有六棱柱，方便利用扳手固定夹紧块23。
振动柱2还包括连接套24，连接套24的一端与供液孔20螺纹连接，连接套24的另一端与夹紧块23螺纹连接，连接套24穿过压电陶瓷片3，利用连接套24连接夹紧块23和承载块22，方便拆装压电陶瓷片3。连接套24的中心孔与供液孔20相连通，为液体介质的流通提供流道。
本发明还包括管接头25，管接头25的一端与连接套24相连，另一端可与供液管相连。管接头25穿过外壳体1，管接头25具体穿过上端盖13。管接头25与连接套24之间可采用螺纹连接。
管接头25与连接套24之间设有密封件，防止管接头25与连接套24之间漏液。连接套24与供液孔20之间也设有密封件，防止连接套24与供液孔20之间漏液。密封件的设置可提升振动柱2的密封性。密封件具体可以是橡胶密封圈。
本发明还包括可拆卸地设于夹紧块23远离压电陶瓷片3一端的喷射盖5，喷射盖5设有若干与供液孔20相连通的喷射孔51，使喷射孔51喷射出喷丸。喷射盖5呈圆盘状，喷射盖5与夹紧块23螺纹连接。
本发明还包括供液管、调节阀和控制器，供液管连接于供液孔20与供液箱之间，用于向振动柱2供应液体介质。调节阀设于供液管，用于调节供液管的开口。调节阀具体可以是电磁阀。控制器与调节阀相连。当控制器输入指定喷丸强度时，控制器将调节阀调整至指定开口，指定开口与指定喷丸强度相匹配，由此可依据所输入的喷丸强度自动调整调节阀的开口，从而自动调整供液孔20的流速，使喷丸强度达到最佳，有利于提升零件的表面质量。其中，可将调节阀的开口大小与喷丸强度之间的一一对应关系预先存储至控制器，使用时，控制器依据喷丸强度调用与之匹配的调节阀开口。
以上对本发明所提供的空化喷丸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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种空化喷丸装置，其特征在于，包括：
外壳体(1)；
设于所述外壳体(1)内且中心具有供液孔(20)的振动柱(2)；
固套于所述振动柱(2)的压电陶瓷片(3)；
当所述压电陶瓷片(3)通电时，所述压电陶瓷片(3)驱动所述振动柱(2)相对于所述外壳体(1)振动，所述供液孔(20)内的液体介质受超声波作用而产生空化效应。
2.根据权利要求1所述的空化喷丸装置，其特征在于，所述振动柱(2)的外周与所述外壳体(1)的内壁之间设有相互卡接的限位环(21)和限位槽(10)，所述限位环(21)与所述限位槽(10)二者由减振环(4)隔开。
3.根据权利要求2所述的空化喷丸装置，其特征在于，所述外壳体(1)包括内壁一体式设有上止挡环(111)的壳本体(11)及固设于所述壳本体(11)底部且端部一体式设有下止挡环(121)的下端盖(12)，所述振动柱(2)的承载块(22)外侧一体式设有所述限位环(21)，所述减振环(4)包括抵接于所述上止挡环(111)与所述限位环(21)之间的上减振圈(41)和抵接于所述下止挡环(121)与所述限位环(21)之间的下减振圈(42)。
4.根据权利要求3所述的空化喷丸装置，其特征在于，所述下端盖(12)设有用于供所述承载块(22)穿过的避让孔(122)，所述避让孔(122)与所述承载块(22)之间设有避让腔。
5.根据权利要求1至4任一项所述的空化喷丸装置，其特征在于，所述振动柱(2)包括与所述承载块(22)相固连并用于配合所述承载块(22)夹紧所述压电陶瓷片(3)的夹紧块(23)。
6.根据权利要求5所述的空化喷丸装置，其特征在于，所述振动柱(2)还包括设于所述供液孔(20)内且两端分别与所述夹紧块(23)及所述承载块(22)可拆卸连接的连接套(24)，所述连接套(24)的中心孔与所述供液孔(20)相连通。
7.根据权利要求6所述的空化喷丸装置，其特征在于，还包括穿过所述外壳体(1)且与所述连接套(24)相连通的管接头(25)。
8.根据权利要求7所述的空化喷丸装置，其特征在于，所述管接头(25)与所述连接套(24)之间及所述连接套(24)与所述供液孔(20)之间均设有密封件。
9.根据权利要求5所述的空化喷丸装置，其特征在于，还包括可拆卸地设于所述夹紧块(23)远离所述压电陶瓷片(3)一端的喷射盖(5)，所述喷射盖(5)设有若干个与所述供液孔(20)相连通的喷射孔(51)。
10.根据权利要求1至4任一项所述的空化喷丸装置，其特征在于，还包括：
与所述供液孔(20)相连通的供液管；
设于所述供液管的调节阀；
与所述调节阀相连的控制器；
当所述控制器输入指定喷丸强度时，所述控制器将所述调节阀调整至指定开口，所述指定开口与所述指定喷丸强度相匹配。
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