CN212426135U - 一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统。超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，包括上位机系统，运动控制单元，超声波发生时效装置和超高频激振平台。系统工作时，工件固定装置将工件固定在超高频激振平台上，超声波发生时效装置对工件残余应力集中的点发射超声波，同时超高频激振平台产生超高频振动，可实现超声波时效和振动时效协同消除应力。该系统一方面利用超声波时效和振动时效均可有效消除残余应力的效应，另一方面利用两者之间的协同影响作用，能显著提高单一超声波时效或振动时效及复合处理的消除应力效果，可适用于黑色金属、高分子、有色金属、复合材料等的应力消除。
Description
技术领域
本发明属于残余应力消除技术领域，特指一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统。
背景技术
在工件的铸造、焊接、锻造、机械加工、热处理、校形等制造过程中，工件内部会产生残余应力，会导致一些不良的影响，如降低工件的实际承载能力、变形或尺寸变化、加速应力腐蚀降低疲劳寿命等。因此，通过技术手段，消除材料的内部残余应力具有重要的工程应用价值。
常用消除残余应力的方法包括自然时效技术、热时效技术、超声波时效技术和振动时效技术等。其中，自然时效技术周期太长，占地面积大，不适应大批量生产；热时效技术则成本高，占地面积大，辅助设备多，耗能高，易造成环境污染，且炉温控制难度高，工件易氧化，难以清理，并易因受热不均致裂，从而在冷却过程中产生新的应力。然而，超声波时效和振动时效可以对任意复杂形状的工件进行应力消除，是两种常见的消除残余应力的技术。
超声波时效技术利用大功率的超声波冲击工件表面，由于超声波的高频、高效聚焦下的能量，使金属表层产生较大的压塑性变形，它能同时改善影响工件质量的多个因素，如应力、缺陷、焊趾几何形状、表面强化等几个方面。因此，超声波时效技术在机械制造业和维护过程中具有广阔的应用前景。超声波时效技术不受工件材质、形状、结构、钢板厚度、重量、场地之限制，而且环保、节能、安全、无污染，施工现场使用更显灵活方便。
振动时效技术的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，在交变应力作用下振动一定时间后，使残余应力降低和均匀化。其特点是周期短、节约能源、环保、适应性强。
目前通常采用单一的超声波时效或振动时效技术消除应力，也出现了先后采用超声波时效或振动时效消除应力的实例，但是在实际上不如采用超声波时效和振动时效协同消除应力的效果好。在残余应力消除的过程中，经常会出现残余应力消除效果不理想的情况，因此有必要对残余应力消除方法开展进一步的研究。针对目前残余应力消除技术在应用时智能化水平低以及时效效果不理想的不足，本发明提出一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统。
发明内容
为了提高残余应力消除技术在应用时的智能化水平和残余应力消除的时效效果，本发明提出一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，旨在为了提高残余应力消除技术的智能化水平和工作效率，同时降低操作人员的劳动强度。此外，本发明提出的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统尤其适用于消除工件的局部残余应力，消除需要强化工件部位的残余应力和大型复杂工件的残余应力。
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统。
为实现本发明提出一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于:所述的系统包括上位机系统，运动控制单元，超声波发生时效装置和超高频激振平台（4）；所述的超声波发生时效装置包括超声波发生装置（1）和超声波发射装置（2）；所述的超高频激振平台（4）包括超高频激振器，冷却装置和工件固定装置（3）；所述的上位机系统与所述的运动控制单元相连接，所述的运动控制单元与所述的超声波发生时效装置相连接，所述的超声波发生时效装置位于一个三维运动平台上，所述的超高频激振平台与超声波发生时效装置位于同一个三维运动平台上；所述的超高频激振平台与工件表面相接触，用于将超高频振动能量注入到工件。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的上位机系统用于输入工件中残余应力集中的点的坐标。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的上位机系统用于输入超声波发生时效装置在工件一个残余应力集中的点进行超声波时效工作的时间。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的三维运动平台能够实现x轴向、y轴向、z轴向的三轴向运动。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：该系统具有三种工作模式，一种是超声波时效工作模式，一种是振动时效工作模式，最后一种是超声波时效和振动时效协同工作模式；该系统默认工作模式是超声波时效和振动时效协同工作模式，在该工作模式下，超声波时效和振动时效协同工作时间一致。
本发明的技术构思是：使用X射线衍射的方法，得到工件的残余应力分布状态，从而确定工件较大残余应力所在的局部区域，工件固定装置将工件固定在超高频激振平台上，超高频激振平台将超高频振动能量注入到工件，从而对工件进行振动时效处理。同时，超声波发生时效装置工作，对工件较大残余应力所在的局部区域发射超声波，进行超声波时效处理。对其中一个相应较大残余应力集中的点处理完后，超声波发生时效装置会自动移动到工件下一个较大残余应力所在的局部区域的点进行超声波时效处理，最终实现消除工件整体残余应力的目的。
本发明的有益效果如下:
1.采用本发明提出的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统对工件进行超声波时效和振动时效协同处理，不仅能够消除工件局部区域的残余应力，也能消除大型复杂工件的整体残余应力。
2.本发明提出的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，能够提高残余应力消除技术的智能化水平和工作效率，降低操作人员的劳动强度，有利于促进残余应力消除技术的工业化应用。
3.本发明提出的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，在确定工件残余应力集中的点时，是以工件的表面残余应力分布状态为依据，能够更加有效的消除工件的整体残余应力。
附图说明
图1一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统示意图。
图中，1.超声波发生装置 2.超声波发射装置 3.工件固定装置 4.超高频激振平台。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于:所述的系统包括上位机系统，运动控制单元，超声波发生时效装置和超高频激振平台（4）；所述的超声波发生时效装置包括超声波发生装置（1）和超声波发射装置（2）；所述的超高频激振平台（4）包括超高频激振器，冷却装置和工件固定装置（3）；所述的上位机系统与所述的运动控制单元相连接，所述的运动控制单元与所述的超声波发生时效装置相连接，所述的超声波发生时效装置位于一个三维运动平台上，所述的超高频激振平台与超声波发生时效装置位于同一个三维运动平台上；所述的超高频激振平台与工件表面相接触，用于将超高频振动能量注入到工件。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的上位机系统用于输入工件中残余应力集中的点的坐标。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的上位机系统用于输入超声波发生时效装置在工件一个残余应力集中的点进行超声波时效工作的时间。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的三维运动平台能够实现x轴向、y轴向、z轴向的三轴向运动。
所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：该系统具有三种工作模式，一种是超声波时效工作模式，一种是振动时效工作模式，最后一种是超声波时效和振动时效协同工作模式；该系统默认工作模式是超声波时效和振动时效协同工作模式，在该工作模式下，超声波时效和振动时效协同工作时间一致。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (5)
1.一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于:所述的系统包括上位机系统，运动控制单元，超声波发生时效装置和超高频激振平台（4）；所述的超声波发生时效装置包括超声波发生装置（1）和超声波发射装置（2）；所述的超高频激振平台（4）包括超高频激振器，冷却装置和工件固定装置（3）；所述的上位机系统与所述的运动控制单元相连接，所述的运动控制单元与所述的超声波发生时效装置相连接，所述的超声波发生时效装置位于一个三维运动平台上，所述的超高频激振平台与超声波发生时效装置位于同一个三维运动平台上；所述的超高频激振平台与工件表面相接触，用于将超高频振动能量注入到工件。
2.如权利要求1所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的上位机系统用于输入工件中残余应力集中的点的坐标。
3.如权利要求1所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的上位机系统用于输入超声波发生时效装置在工件一个残余应力集中的点进行超声波时效工作的时间。
4.如权利要求1所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：所述的三维运动平台能够实现x轴向、y轴向、z轴向的三轴向运动。
5.如权利要求1所述的一种超声波时效和振动时效协同消除应力的系统，其特征在于：该系统具有三种工作模式，一种是超声波时效工作模式，一种是振动时效工作模式，最后一种是超声波时效和振动时效协同工作模式；该系统默认工作模式是超声波时效和振动时效协同工作模式，在该工作模式下，超声波时效和振动时效协同工作时间一致。
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