CN114262787B - 一种大型曲轴变形控制装置 - Google Patents

一种大型曲轴变形控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114262787B
CN114262787B CN202010974875.7A CN202010974875A CN114262787B CN 114262787 B CN114262787 B CN 114262787B CN 202010974875 A CN202010974875 A CN 202010974875A CN 114262787 B CN114262787 B CN 114262787B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crankshaft
fixing
control device
support
deformation control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010974875.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114262787A (zh
Inventor
徐春广
卢钰仁
尹鹏
李培禄
李德志
栗双怡
宋文渊
苗兆伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Shanxi Diesel Engine Industries Co Ltd
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Shanxi Diesel Engine Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT, Shanxi Diesel Engine Industries Co Ltd filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202010974875.7A priority Critical patent/CN114262787B/zh
Priority to US17/394,721 priority patent/US20220080510A1/en
Publication of CN114262787A publication Critical patent/CN114262787A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114262787B publication Critical patent/CN114262787B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B5/00—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B5/18—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning crankshafts, eccentrics, or cams, e.g. crankpin lathes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25H—WORKSHOP EQUIPMENT, e.g. FOR MARKING-OUT WORK; STORAGE MEANS FOR WORKSHOPS
    • B25H1/00—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby
    • B25H1/0007—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby for engines, motor-vehicles or bicycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
    • B23P9/04—Treating or finishing by hammering or applying repeated pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P25/00—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/07—Crankshafts

Abstract

一种大型曲轴变形控制装置，包括：曲轴支架，用于固定曲轴，使曲轴对准轴线；调控支架，设置在曲轴支架上与曲轴相应的位置；高能声束换能器，设置在调控支架上，具有与曲轴相耦合的端部。采用如上结构，通过曲轴支架对曲轴进行固定，通过设置在调控支架上的高能声束换能器向曲轴内打入高能超声波，驱动曲轴内部质点沿着声束方向发生振动，实现对材料内部特定方向残余应力调控通过高能声束去除曲轴加工残余应力，以保证曲轴加工精度、减少曲轴加工形变。同时，曲轴支架可以限制曲轴对准轴线，通过高能声束换能器发出的高能超声波对曲轴起到校直的作用。

Description

一种大型曲轴变形控制装置
技术领域
本发明涉及大型曲轴加工控制领域，特别是指一种大型曲轴变形控制装置。
背景技术
曲轴是发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。与其他构件相比大型曲轴的毛坯生产主要采用热模锻为主，曲轴粗加工广泛采用数控车床、铣床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、内铣削、车-拉削加工，以有效减少曲轴加工的变形量。曲轴精加工广泛采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工。另外为了保证曲轴的加工硬度要求曲轴采用中频淬火、氮化处理进行表面硬化处理，加工工艺复杂，加工过程中产生的残余应力复杂导致变形过大。
对于大型曲轴加工工艺来说，加工机床目前还是依赖于国外进口，加工工艺参数等还是依赖于国外的经验值，导致曲轴加工成品率惨淡，复杂的加工工艺导致的残余应力应力集中是曲轴加工变形超差的最主要原因，尤其在去除加工工装时，由于残余应力作用，使得曲轴取下后立即产生了可见变形，同时曲轴的很多失效，如应力腐蚀、疲劳等，都与残余应力紧密相关。为了避免上述变形等问题，急需一种曲轴加工变形控制方法，能够对曲轴的变形进行控制。
文献检索发现，目前曲轴加工去处残余应力还是依赖于传统的退火去应力办法，并没有相关的去处残余应力的其他方法值得借鉴。现有技术中有很多消减金属材料残余应力的方法及装置，例如退火、回火、振动冲击等。例如，名称为基于高能声磁耦合原理的残余应力消除装置的发明专利申请(申请号为201410099482.0)公开了一种用于消除金属材料在切削、热处理、焊接等加工过程中引入的残余应力的装置。再如，名称为一种用于消除焊接残余应力的便携式振动处理装置的实用新型专利(申请号为03219437.4)公开了一种能够显著地消除焊接残余应力，提高焊接结构的承载能力和疲劳寿命的装置。上述两篇现有技术都是关于对金属材料残余应力的消减的装置，且所用到的方法及装置都较为复杂，但并没有体现加工变形控制的说明。
因此，目前亟需一种大型曲轴变形控制方法，以能更为便捷地实现对曲轴加工残余应力的消减。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种大型曲轴变形控制方法，以能更为便捷地实现对曲轴加工残余应力的消减。
本发明提供的大型曲轴变形控制装置，包括：曲轴支架，用于固定曲轴，使曲轴对准轴线；调控支架，设置在曲轴支架上与曲轴相应的位置；高能声束换能器，设置在调控支架上，具有与曲轴相耦合的端部。
采用如上结构，通过曲轴支架对曲轴进行固定，通过设置在调控支架上的高能声束换能器向曲轴内打入高能超声波，驱动曲轴内部质点沿着声束方向发生振动，实现对材料内部特定方向残余应力调控通过高能声束去除曲轴加工残余应力，以保证曲轴加工精度、减少曲轴加工形变。同时，曲轴支架可以限制曲轴对准轴线，通过高能声束换能器发出的高能超声波对曲轴起到校直的作用。
本发明优选，所述曲轴支架包括水平设置的安装板；垂直设置在安装板上的多个固定板，固定板的端部具有呈开口状的第一固定口；设置在固定板端部的限位板，在与第一固定口相应位置具有呈开口状的第二固定口；限位板与固定板固定连接以将曲轴固定在第一固定口及第二固定口内。
采用如上结构，提供了曲轴支架对曲轴进行固定的具体结构形式。
本发明优选，所述安装板上设置有若干呈T型的固定槽，调控支架通过T型槽螺栓固定在安装板上。
采用如上结构，通过T型槽螺栓与固定槽的固定连接，将调控支架固定在安装板上，可以根据曲轴调控位置的不同，随时调整调控支架的位置。
本发明优选，所述调控支架具有套设在曲轴上的安装环，所述高能声束换能器设置在安装环上。
本发明优选，所述安装环由三段构成，其中位于下部一段的两端分别与另外两段的一端铰链连接，另外两段的另一端通过螺栓固定连接；各段上设置有用于固定高能声束换能器的安装孔。
本发明优选，所述调控支架还包括设置在安装环下部的固定架，固定架的下部与曲轴支架固定连接。
采用如上结构，提供了调控支架的具体结构，可以使高能声束换能器围绕曲轴设置，提高了内应力消减的效果。
本发明优选，所述高能声束换能器包括激励器；激励器的发射端连接有变幅杆。
采用如上结构，通过激励器可以发出高能声束，通过变幅杆可以增大激励器发出的超声波的震动幅度，从而提高内应力消减的效果。
本发明优选，所述变幅杆的端部弧面与曲轴相适配。
本发明优选，变幅杆的端部与曲轴之间涂抹有耦合介质。
采用如上结构，可以通过使用与曲轴相适配的变幅杆，以及涂抹耦合介质，减少超声波是损耗，提高内应力消减的效果。
附图说明
图1为本申请大型曲轴变形控制装置的结构示意图；
图2为图1中调控支架的结构示意图；
图3为图1中高能声束换能器的结构示意图。
附图标记说明
工作台1；曲轴支架2；安装板21；固定板22；第一固定口221；压板23；第二固定口231；调控支架3；固定架31；支撑板311；连接板312；安装环32；安装孔321；高能声束换能器4；激励器41；变幅杆42。
具体实施方式
下面，结合附图对本申请的大型曲轴变形控制装置的具体结构进行详细的描述。
图1为本申请大型曲轴变形控制装置的结构示意图。如图1所示，大型曲轴变形控制装置包括：工作台1；工作台1上固定设置有曲轴支架2，大型曲轴可安装固定在曲轴支架2上；曲轴支架2上固定设置有调控支架3；曲轴支架2上设置有与曲轴表面相抵接的高能声束换能器4。
曲轴支架2由水平安装在工作台1上的长方形安装板21以及安装板21上部两端及中间位置竖直平行设置的固定板22构成。安装板21上设置有若干均匀垂直交错设置的固定槽211，固定槽211为呈倒置的T字形的凹槽。固定板22上端部中间位置具有呈V字形向上开口状的第一固定口221，用于放置曲轴。固定板22上端部设置有压板23，压板23的下部与第一固定口221相对位置设置有V字形向下开口状的第二固定口231。压板23通过螺钉固定在固定板22上，从而将曲轴固定在曲轴支架2上。同时，将曲轴固定在曲轴支架2上后，可以通过压板23、安装板21对曲轴的限位作用使曲轴对准曲轴轴线。
图2为图1中调控支架3的结构示意图。如图1、图2所示，安装板21上设置有调控支架3，调控支架3包括固定架31及设置在固定架31顶端的安装环32。其中，固定架31具有两平行设置的工字型的支撑板311，支撑板311的底部设置有连接板312，连接板312通过T型槽螺栓固定在安装板21上；支撑板311的顶部与安装环32的底部固定连接。安装环32为均匀分成三段的圆环状部件，其中位于下部一段的两端分别与另外两段的一端铰链连接，另外两段的另一端通过螺栓固定连接。安装环32的三段的中间位置各设置有一安装孔321，用于安装高能声束换能器4。
图3为图1中高能声束换能器4的结构示意图。如图1、图3所示，高能声束换能器4由激励器41及设置在激励器41发射端的变幅杆42构成，变幅杆42的端部具有与曲轴相同弧度的弧面，以使变幅杆42可以与曲轴相贴合。通过变幅杆42可以增大激励器41发出的超声波的震动幅度。
使用时，首先对曲轴待调控部为的应力值进行检测并记录，然后将曲轴固定在固定板22与限位板上的第一固定孔与第二固定孔内，使曲轴对准曲轴轴线。将调控支架3固定安装在安装板21上与曲轴待调控部位相对的位置，将安装环32的端部固定连接，使安装环32套设在曲轴上，且待调控部位位于安装环32的圆心位置。根据待调控部位的曲率选择具有相应弧度端部的变幅杆42与激励器41连接，然后安装在安装孔321上，使变幅杆42的端部与曲轴相耦合，还可在耦合位置涂抹耦合介质，以减少超能声波的能量损失。
安装完成后，开启高能声束换能器4，根据曲轴待调控部位检测出的应力值，控制所述超声波换能器的工作频率在10-30kHz范围内，向曲轴打入高能超声波，驱动曲轴内部质点沿着声束方向发生振动，实现对材料内部特定方向残余应力调控。声束的指向性可以使声波能量聚焦到材料表面和内部任何部位，实现材料内部局部聚焦和定向消减和均化残余应力。根据所述待调控部位的应力值大小设定预计调控时间，到达预计调控时间，关闭超声波换能器。取下曲轴再次检测并记录曲轴当前工艺的待调控部位的应力值，并与上次检测的应力值进行比较，如应力值减小则重新将曲轴固定在本申请的大型曲轴变形控制装置上，如应力值不再变化，则结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大型曲轴变形控制装置，其特征在于，包括：
曲轴支架，用于固定曲轴，使曲轴对准轴线；
调控支架，设置在曲轴支架上与曲轴相应的位置；
高能声束换能器，设置在调控支架上，具有与曲轴相耦合的端部；
其中，所述调控支架具有套设在曲轴上的安装环，所述高能声束换能器设置在安装环上；所述安装环为均匀分成三段的圆环状部件，位于下部一段的两端分别与另外两段的一端铰链连接，另外两段的另一端通过螺栓固定连接，各段中间位置设置有用于固定所述高能声束换能器的安装孔；所述调控支架还包括设置在安装环下部的固定架，固定架的下部与曲轴支架固定连接，使曲轴的待调控部位位于所述安装环的圆心位置。
2.根据权利要求1所述的大型曲轴变形控制装置，其特征在于，所述曲轴支架包括水平设置的安装板；垂直设置在安装板上的多个固定板，固定板的端部具有呈开口状的第一固定口；设置在固定板端部的限位板，在与第一固定口相应位置具有呈开口状的第二固定口；限位板与固定板固定连接以将曲轴固定在第一固定口及第二固定口内。
3.根据权利要求2所述的大型曲轴变形控制装置，其特征在于，所述安装板上设置有若干呈T型的固定槽，调控支架通过T型槽螺栓固定在安装板上。
4.根据权利要求1所述的大型曲轴变形控制装置，其特征在于，所述高能声束换能器包括激励器；激励器的发射端连接有变幅杆。
5.根据权利要求4所述的大型曲轴变形控制装置，其特征在于，所述变幅杆的端部弧面与曲轴相适配。
6.根据权利要求5所述的大型曲轴变形控制装置，其特征在于，变幅杆的端部与曲轴之间涂抹有耦合介质。
CN202010974875.7A 2020-09-16 2020-09-16 一种大型曲轴变形控制装置 Active CN114262787B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010974875.7A CN114262787B (zh) 2020-09-16 2020-09-16 一种大型曲轴变形控制装置
US17/394,721 US20220080510A1 (en) 2020-09-16 2021-08-05 Device for Controlling Deformation of A Large-Scale Crankshaft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010974875.7A CN114262787B (zh) 2020-09-16 2020-09-16 一种大型曲轴变形控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114262787A CN114262787A (zh) 2022-04-01
CN114262787B true CN114262787B (zh) 2023-03-21

Family

ID=80627616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010974875.7A Active CN114262787B (zh) 2020-09-16 2020-09-16 一种大型曲轴变形控制装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20220080510A1 (zh)
CN (1) CN114262787B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004169100A (ja) * 2002-11-19 2004-06-17 Nippon Steel Corp 超音波ショットピーニング処理機および超音波ショットピーニング処理装置
CN109990814A (zh) * 2019-04-01 2019-07-09 北京大学深圳研究生院 一种基于悬空结构的压电微机械超声传感器
CN110157894A (zh) * 2019-05-22 2019-08-23 北京理工大学 一种消减和均化机床加工中构件残余应力的工装及方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1246100C (zh) * 2002-04-09 2006-03-22 钱远强 对变形弯曲的工件进行校直的方法及设备
CN102071307B (zh) * 2009-11-19 2012-05-23 天润曲轴股份有限公司 曲轴平铺夹持装置
CN102010972A (zh) * 2010-12-29 2011-04-13 桂林福达曲轴有限公司 频谱谐波振动时效处理消除曲轴内应力的方法
CN202039105U (zh) * 2011-04-22 2011-11-16 广西大学 弯扭耦合共振式振动时效装置
CN103060545B (zh) * 2013-01-21 2016-03-30 北京理工大学 一种用于调控焊接残余应力的多路高能超声声场处理装置
CN103710528B (zh) * 2013-12-07 2016-08-31 广西大学 多重共振式多轴振动时效装置及其实现方法
WO2015155414A1 (en) * 2014-04-10 2015-10-15 Wärtsilä Finland Oy An on-site residual stress creation tool for and method of treating a crankshaft bearing surface and/or crankshaft bearing fillet
CN105755215B (zh) * 2016-04-22 2018-02-27 江苏大学 一种发动机曲轴的制造方法及其激光冲击强化装置
KR101910467B1 (ko) * 2016-11-11 2019-01-04 선문대학교 산학협력단 국부가열 및 초음파 나노크리스탈 표면개질을 이용한 표면처리방법
CN108660309A (zh) * 2018-06-08 2018-10-16 北京理工大学 一种输气管道焊接残余应力高能声束消减装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004169100A (ja) * 2002-11-19 2004-06-17 Nippon Steel Corp 超音波ショットピーニング処理機および超音波ショットピーニング処理装置
CN109990814A (zh) * 2019-04-01 2019-07-09 北京大学深圳研究生院 一种基于悬空结构的压电微机械超声传感器
CN110157894A (zh) * 2019-05-22 2019-08-23 北京理工大学 一种消减和均化机床加工中构件残余应力的工装及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114262787A (zh) 2022-04-01
US20220080510A1 (en) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7431779B2 (en) Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces
JP5430825B2 (ja) クランクシャフトの耐久限度、特に曲げ強さ及びねじり強さを向上させる方法及び装置
US20190024207A1 (en) Ultrasound enhancing method for prolonging fatigue life of metal workpiece and use thereof
CN1690231A (zh) 超声波金属表面加工装置
US11814714B2 (en) Device for reducing and homogenizing residual stress of a metal frame
CN112322888B (zh) 基于对称高频振动增材复合制造应力在线消减方法与装置
WO2004013359A1 (en) Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces
CN114717408A (zh) 一种高能声束调控大型曲轴加工残余应力装置和方法
US11753696B2 (en) Method for controlling deformation of a large-scale crankshaft
CN114262787B (zh) 一种大型曲轴变形控制装置
WO2002101097A1 (fr) Procede de traitement de joints soudes de structures metalliques par martelage haute frequence
CN102029513B (zh) 一种轴承滚道的凸度修型方法
CN106521137B (zh) 一种强化焊接构件焊缝的超声冲击装置
CN113528760A (zh) 一种簧片阻尼器轴毂激光淬火硬化处理工艺
US20030019100A1 (en) Dynamic splitting of connecting rods
RU2817100C1 (ru) Устройство для калибрования отверстий поверхностным пластическим деформированием с наложением ультразвуковых колебаний на деталь
CN116536493B (zh) 一种小孔强化装置及应用其进行的送线导向孔加工方法
CN109202552A (zh) 一种基于超声辅助磨料冲击的抗疲劳加工方法
SU998104A1 (ru) Устройство дл упрочнени изделий
CN117754002A (zh) 一种金属轴类零件车削低应力调控装置
Wang et al. Experimental Study on Influence of Vibration Direction on Tool Wear and Surface Morphology in Ultrasonic Milling of Titanium Alloy
RU2383426C1 (ru) Устройство для статико-импульсного упрочнения винтов
RU2376391C1 (ru) Устройство для обработки деталей
CN117403054A (zh) 一种金属板材表面积分冲击抗疲劳装置及强化方法
SU1227691A1 (ru) Способ сн ти остаточных напр жений в металлических конструкци х

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant