CN116555538A - 一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法，采用电磁感应加热装置对试样进行加热。装置包含电磁感应加热器、温度传感器、控制器、电源模块、超声振动装置和气缸夹紧装置。温度传感器对试样温度进行实时检测，并将数据传输给控制器，控制器根据试样实时温度和对应的目标温度计算电磁感应加热器所需功率，并控制电磁感应加热器以相应的功率运行。本发明使用电磁感应加热器直接对试样进行加热，有效解决了热传导加热产生的热效率低下的问题，加热速度快且实现试样喷丸过程中动态加热。
Description
技术领域：
本发明属于金属表面强化技术领域，具体涉及一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法。
背景技术：
超声喷丸是一种以超声振动作为能量源驱动弹丸撞击工件完成强化的表面处理方式，将一定频率和振幅振动的超声工具头作用于喷丸腔内的弹丸上，将高能的超声波转换成机械能，驱动弹丸高速碰撞喷丸腔上方的试样表层，使试样表层发生塑性变形，产生硬化层并引入有益的残余压应力场，疲劳强度显著提高。超声喷丸装置体积小，高效环保，且喷丸过程中产生的噪音较小。
金属试样进行喷丸处理时，达到一定的温度，能够获得更好的塑性变形能力和晶粒细化效果。但现有超声喷丸装置多应用于常温环境下，能够在高温环境下进行超声喷丸处理的装置较少。已有技术中，多采用热传导的方式对试样进行加热，热效率低，加热速度慢。为了解决此问题，本发明提出一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明提供一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法，能够实现喷丸过程中试样的动态加热，加热效率高，装置简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括第一导轨、第二导轨、电磁感应加热器、控制器、电源模块、温度传感器、超声振动装置、剪叉式升降台、智能数控超声波发生器、玻璃罩和气压夹紧装置，其特征在于：所述工作台底面一侧固定有剪叉式升降台，所述工作台底面另一侧固定有电源模块；所述电源模块与电磁感应加热器相连，所述控制器一端与电源模块相连，所述控制器另一端与温度传感器相连；所述剪叉式升降台与超声振动装置通过螺栓固定连接，所述超声振动装置末端通过线缆和智能数控超声波发生器相连，所述超声振动装置顶端套有玻璃罩；所述玻璃罩通过螺栓固定在工作台上端表面；所述第一导轨位于玻璃罩一侧，所述第二导轨位于玻璃罩另一侧，所述第一导轨和第二导轨两端通过固定座安装在工作台上端表面；所述温度传感器在第一导轨上轴向运动；所述滑板在第一导轨和第二导轨上轴向运动，电磁感应加热器在滑板的作用下接近或远离喷丸腔。
所述工作台上方两侧通过螺栓固定有底板，所述空心钢板一端焊接在底板上表面，所述安装板下方两侧分别和空心钢板另一端焊接在一起；所述安装板上方中间位置通过螺栓固定有气缸，所述气缸的端头通过螺栓与压板连接；所述直线轴承分别固定在气缸两侧，所述直线轴承和导轨轴配合，压板在气缸作用下沿导轨轴直线运动。
优选的，所述温度传感器采集的实时温度信息传输给控制器，控制器根据试样实时温度和对应的目标温度计算电磁感应加热器所需功率，并向电源模块发出信号，电源模块调节电磁感应加热器的运行功率。
优选的，玻璃罩上表面和压板下表面设有隔热夹板。
优选的，所述喷丸腔中心轴与压板中心轴同轴。
优选的，所述超声振动装置施振端与玻璃罩间隙等于或小于弹丸直径。
上述本发明的技术方案的有益效果如下：
利用电磁感应加热器对试样直接进行加热，有效解决了传统热传导加热产生的热效率低下的问题，且加热速度快；在一定温度下进行超声喷丸，有利于提高试样表面的塑性变形，使材料的残余压应力更大，硬化层深度更深，获得更好的喷丸效果；利用温度传感器实时监测试样表面温度，将信息反馈给控制器，进行温度的精确控制，实现试样的动态加热。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种动态温度辅助超声喷丸加工装置作进一步详细说明。
图1为本发明动态温度辅助超声喷丸加工装置整体结构示意图。
图2为本发明动态温度辅助超声喷丸加工装置俯视图。
图3为超声喷丸装置和剪式升降台配合示意图。
图4为气缸夹紧装置示意图。
图5为滑动机构示意图。
图中：1.喷丸腔 2.电磁感应加热器 3.玻璃罩 4.工作台 5.超声振动装置 6.剪叉式升降台61.剪叉臂62.液压缸7.线缆8.智能数控超声波发生器9.电源模块10.底板11.控制器12.空心钢板 13.第一导轨 14.固定座 15.滑板 16.温度传感器 17.第二导轨 18.直线轴承 19.导向轴 20.气缸 21.安装板 22.压板
具体实施方式：
本实施例提供一种动态温度辅助超声喷丸加工装置。
参阅图1～图5，本实施例动态温度辅助超声喷丸加工装置，它包括工作台4、第一导轨13、第二导轨17、电磁感应加热器2、控制器11、电源模块9、温度传感器16、超声振动装置 5、剪叉式升降台 6、智能数控超声波发生器 8、玻璃罩3和气缸20；其中，工作台4底面一端固定有剪叉式升降台6，另一端固定有电源模块9；电源模块9与电磁感应加热器2相连，控制器11一端与电源模块9相连，控制器11另一端与温度传感器16相连。超声振动装置5通过螺栓固定在剪叉式升降台6上，超声振动装置5末端通过线缆7和智能数控超声波发生器8相连，超声振动装置5顶端套有玻璃罩3，玻璃罩3底部通过螺栓固定在工作台4上端表面；第一导轨13位于玻璃罩3一侧，第二导轨17位于玻璃罩3另一侧，第一导轨13和第二导轨17两端通过固定座14安装在工作台4上端表面；温度传感器16在第一导轨13上轴向运动；滑板15在第一导轨13和第二导轨17上轴向运动，电磁感应加热器2与滑板15配合接近或远离喷丸腔1。工作台4上方两侧通过螺栓固定有底板10，空心钢板12一端焊接在底板10上表面，安装板21下方两侧分别和空心钢板12另一端焊接在一起；安装板21上方中间位置通过螺栓固定有气缸20，气缸20的端头通过螺栓与压板22连接；直线轴承18分别固定在气缸20两侧，直线轴承18和导轨轴19相配合，压板22在气缸20作用下沿导轨轴19直线运动。
超声喷丸装置5由超声换能器、变幅杆和振动头组成，振动头内放有弹丸，当智能数控超声波发生器8接通电源后，超声换能器将高能的超声波转换成机械能，变幅杆进一步放大振动并传递给振动头，振动头内的弹丸获得动能撞击试样完成强化。
温度传感器16采集的实时温度信息传输给控制器11，控制器11根据试样实时温度和对应的目标温度计算电磁感应加热器2所需功率，并向电源模块9发出信号，电源模块9调节电磁感应加热器2的运行功率，对加热温度精确控制。
工作过程：
1、试样件的装夹：在喷丸腔1内放入所需数量弹丸，将试样放置在玻璃罩3上表面；利用剪式升降台6调节超声振动装置5的高度；滑动滑板15，滑板15带动电磁感应加热器2运动，使试样位于电磁感应加热器2中间；气缸20带动压板22下压，使试样固定。
2、试样的加热：移动温度传感器16到合适位置，接通电源模块9，电磁感应加热器2开始工作，温度传感器16将试样实时温度信息传递给控制器11，控制器11自动调节电磁感应加热器2的工作功率。
3、喷丸作业：在智能数控超声波发生器8设置好试验参数，启动智能数控超声波发生器8，超声振动装置5开始工作，对试样进行喷丸强化。
Claims (5)
1.一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法，包括第一导轨、第二导轨、电磁感应加热器、控制器、电源模块、温度传感器、超声振动装置、剪叉式升降台、智能数控超声波发生器、玻璃罩和气压夹紧装置，其特征在于：所述工作台底面一侧固定有剪叉式升降台，所述工作台底面另一侧固定有电源模块；所述电源模块与电磁感应加热器相连，所述控制器一端与电源模块相连，所述控制器另一端与温度传感器相连；所述剪叉式升降台与超声振动装置通过螺栓固定连接，所述超声振动装置末端通过线缆和智能数控超声波发生器相连，所述超声振动装置顶端套有玻璃罩；所述玻璃罩通过螺栓固定在工作台上端表面；所述第一导轨位于玻璃罩一侧，所述第二导轨位于玻璃罩另一侧，所述第一导轨和第二导轨两端通过固定座安装在工作台上端表面；所述温度传感器在第一导轨上轴向运动，所述滑板在第一导轨和第二导轨上轴向运动。
所述工作台上方两侧通过螺栓固定有底板，所述空心钢板一端焊接在底板上表面，所述安装板下方两侧分别和空心钢板另一端焊接在一起；所述安装板上方中间位置通过螺栓固定有气缸，所述气缸的端头通过螺栓与压板连接；所述直线轴承分别固定在气缸两侧，所述直线轴承和导轨轴配合，压板在气缸作用下沿导轨轴直线运动。
2.根据权力要求一所述的一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法，其特征在于：所述温度传感器采集的实时温度信息传输给控制器，控制器根据试样实时温度和对应的目标温度计算电磁感应加热器所需功率，并向电源模块发出信号，电源模块调节电磁感应加热器的运行功率。
3.根据权力要求一所述的一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法，其特征在于：玻璃罩上表面和压板下表面设有隔热夹板。
4.根据权力要求一所述的一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法，其特征在于：所述喷丸腔中心轴与压板中心轴同轴。
5.根据权力要求一所述的一种动态温度辅助超声喷丸加工装置及方法，其特征在于：所述超声振动装置施振端与玻璃罩间隙等于或小于弹丸直径。
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