[發明專利]一種超聲強化在線監測調節方法、裝置和超聲強化裝置

在審

• 申請號: 201610267944.4
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105666034A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 李成冬;汪煒;耿其東;丁瑞祥;劉斌
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: B23P9/02
• 分類號: B23P9/02;B06B1/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王術蘭

技術領域

本發明涉及機械零部件表面強化技術領域，具體而言，涉及一種超聲 強化在線監測調節方法、裝置和超聲強化裝置。

背景技術

目前，腐蝕、磨損、斷裂是導致機械零部件損壞失效的常見的三種模 式，其中以斷裂失效帶來的災難與損失最大；汽車、機車、飛機、汽輪機 等機械中的一些重要零部件，如彈簧、軸、齒輪、連桿、葉片、車輪等承 受循環交變載荷，有時發生斷裂失效，而斷裂失效中疲勞斷裂所占比例最 高，在民用機器零部件的損壞中約占40％-50％的比例，而軍用和航空飛行 器的零部件的損壞中所占比例則高達90％；可見，研究預防疲勞斷裂、探 索抗疲勞斷裂機制至關重要，而對機械零部件的表面進行強化處理是提高 機器零部件抗疲勞壽命最為有效的手段。

金屬材料表面形變強化是利用機械能使工件表面產生塑性變形，引起 表面形變強化的方法，亦稱為表面形變強化。目前主要的表面形變強化的 方法有噴(拋)丸、滾壓和孔擠壓三種工藝。

表面噴丸強化工藝：由于其不受材料種類、材料靜強度、零件幾何形 狀的限制，且成本低，強化效果顯著，一問世就引起工業發達國家制造業 的極大關注，在提高機件可靠性及耐久性方面，取得顯著的成效。噴丸強 化是一種提高金屬零件疲勞性能的良好工藝。但在服役過程中交變載荷及 溫度同時作用下，殘余壓應力將發生應力松弛；且交變載荷越大或溫度越 高，殘余壓應力松弛越快。

表面滾壓與孔擠壓統稱滾壓強化：表面滾壓特別適用于形狀簡單的大 零件，尤其是尺寸突然變化的結構應力集中處，如火車軸的軸徑、齒輪的 齒根、曲軸軸頸的圓倒角處，表面滾壓處理后，其疲勞壽命都有明顯的提 高。孔擠壓是利用棒、襯套、模具等特殊的工具，對零件孔或周邊連續、 緩慢、均勻地擠壓，形成塑性變形的硬化層。塑性變形層內組織結構發生 變化，引起形變強化，并產生殘余壓應力，降低了孔壁粗糙度，對提高材 料疲勞強度和應力腐蝕能力很有效。

以上幾種傳統材料表面形變強化工藝在相關領域和場合已取得重要應 用，但是對于某些特定零件表面及有特定強化指標要求的情形下存在局限 性。主要體現在現代高效微細精密零件中難以施展，尤其是在典型的微孔、 深窄槽等零部件表面強化應用中，且噴丸強化彈丸沖擊的隨機性和不可控 性使得強化效果難以可靠的保證和預控。

為解決上述缺陷，因此現有技術中還出現了超聲強化的處理方法，超 聲強化處理的工作過程中，往往需要通過調節超聲波工具端部與需要進行 強化處理的工件之間的加工間隙來控制超聲強化工作的狀態和進程，但是 工作過程中直接測量超聲工具端部與工件之間的加工間隙是非常困難的， 現有技術中往往是憑借操作人員的經驗或者通過設置標尺的方式進行人工 調節，效率低下，且無法做到精細控制，進而導致強化處理的效果不佳。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種超聲強化在線監測調節 方法、裝置和超聲強化裝置，能夠實現精確地調節超聲波工具端部與需要 進行強化處理的工件之間的加工間隙，提高超聲強化處理的效果。

第一方面，本發明實施例提供了一種超聲強化在線監測調節方法，包 括：

實時測量工作過程當中超聲波換能器兩端的電壓與電流，根據所述電 壓與電流計算得到工作過程當中的瞬時負載阻抗；

將所述瞬時負載阻抗與預存的標準負載阻抗閾值進行比較，根據比較 結果得到輸出控制信號；

根據所述輸出控制信號控制控制調節超聲波工具球端與被強化工件之 間的加工間隙大小。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方 式，其中：

在根據所述輸出控制信號控制調節超聲波工具球端與被強化工件之間 的加工間隙大小之前，還包括：對所述輸出控制信號進行功率放大。

第二方面，本發明實施例還提供了一種超聲強化在線監測調節裝置， 包括：

測量計算單元，用于實時獲取工作過程當中超聲波換能器兩端的電壓 與電流，根據所述電壓與電流計算得到工作過程當中的瞬時負載阻抗；

比較單元，用于將所述瞬時負載阻抗與預存的標準負載阻抗閾值進行 比較，根據比較結果得到輸出控制信號；

控制執行單元，用于根據所述輸出控制信號調節超聲波工具球端與被 強化工件之間的加工間隙大小。

結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方 式，其中：