[發明專利]一種用于曲面加工的可控制超聲撞針復合裝置及方法

有效

• 申請號: 201710707286.0
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107523672B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 劉戰強;呂沃耘;王兵;趙建
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06;C21D11/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 任歡

本發明公開了一種用于曲面加工的可控制超聲撞針復合裝置及方法，它解決了現有技術中噴丸均勻度較差，壓力不可控的問題，具有有效減小工件表面粗糙度，提高表面質量的有益效果，其方案如下：復合裝置，包括至少一個撞針伸縮驅動機構，撞針伸縮驅動機構包括殼體，殼體設置凹槽，凹槽內設置驅動動力源，殼體內設有穿過殼體設置的撞針，撞針在殼體內通過斜齒輪與驅動動力源連接，殼體底部設置與控制器連接的壓力傳感器，控制器與驅動動力源連接。

技術領域

本發明涉及一種零件表面的強化技術，特別是涉及一種用于曲面加工的可控制超聲撞針復合裝置及方法。

背景技術

表面強化技術是一種主要用來提高金屬件疲勞性能的表面改性技術，已在工業領域得到廣闊的應用。它利用沖擊力或擠壓力等形式的機械作用使金屬材料近表面區域產生局部的彈塑性變形，導致在材料表面產生了殘余壓應力，并使材料顯微結構發生改變，增強了其抵抗疲勞裂紋萌生和擴展的能力。

超聲波噴丸強化技術(Ultrasonic Shot Peening，USP)是目前最具有前景的金屬材料冷加工表面強化處理工藝之一，它不但克服了傳統噴丸的不足，且強化效果優于傳統噴丸，有更好的工藝可控性。這項技術目前在很多工業領域普遍應用，例如航空航天、汽車、鐵路和橋梁結構，這些領域所需的材料需要有很高的強度、疲勞壽命、磨損和腐蝕抗性。在這項工藝中，超聲波能被轉化為撞針或者彈丸對金屬材料表面的高速沖擊，使金屬表面產生較大的塑性變形，有害殘余拉應力得以有效消除，并在金屬表面形成殘余壓應力層；發生表面形變強化，并導致表面晶粒的細化和微觀組織的改善；而且噴丸殘余應力的存在使裂紋閉合效應增強，有效抑制了疲勞裂紋的擴展。因此，超聲波噴丸強化技術可以增加金屬表面顯微硬度和強度，提高腐蝕抗性以及疲勞性能。

由于使用彈丸時，噴丸的動力完全是由超聲振動的變幅桿提供，不能發揮超聲噴丸的全部優勢，而且在噴丸的過程中有著沖擊次數，均勻度等明顯的不可控因素，尤其對于曲面強化，現有技術只能實現單點沖擊，壓力不能實現完全可控。因此，急需一種合理有效的復合裝置來實現曲面的可控強化。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種用于曲面加工的可控制超聲撞針復合裝置，該裝置通過壓力傳感器的設置，控制器對驅動電機進行實時控制，可有效減小工件表面粗糙度，提高表面質量。

一種用于曲面加工的可控制超聲撞針復合裝置的具體方案如下：

一種用于曲面加工的可控制超聲撞針復合裝置，包括：

至少一個撞針伸縮驅動機構，撞針伸縮驅動機構包括殼體，殼體設置凹槽，凹槽內設置驅動動力源，殼體內設有穿過殼體設置的撞針，撞針在殼體內通過斜齒輪與驅動動力源連接，殼體底部設置與控制器連接的壓力傳感器，控制器與驅動動力源連接。

該復合裝置，在工件表面強化工作中，撞針頂部與工件接觸，壓力傳感器為薄膜壓力傳感器，用于測量工作中機構所受壓力變化，可將壓力信號轉換為電信號，傳遞到控制器(PLC控制器)，驅動動力源可正反轉旋轉，通過編程，利用控制器控制撞針的伸縮來將工件所受的最大壓力控制在設定值，以滿足曲面的加工。

其中，為了實現撞針的伸縮運動，所述斜齒輪設于驅動動力源軸的端部，驅動動力源軸與斜齒輪過盈配合，撞針靠近殼體的一個角設置。

所述撞針豎直設置，在殼體中設置用于撞針穿過的盲孔，撞針插入到盲孔內進行安裝并沿著盲孔上下運動，撞針從上到下依次包括三段，第一段的直徑小于第二段的直徑，第二段外表面設置與盲孔配合的螺紋，第三段設置斜齒與斜齒輪進行嚙合，第一段頂部為球面，用于曲面的加工。

所述壓力傳感器通過粘結劑固定于殼體的底部，該粘結劑可以是膠水。

所述驅動動力源通過緊固件與所述的殼體固定，驅動動力源為驅動電機，在殼體上設有與凹槽相通的螺紋孔，緊固件如螺釘通過該螺紋孔與驅動電機進行固定。