[發明專利]一種超聲沖擊表層強化裝置及方法

在審

• 申請號: 202011417381.5
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112410536A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 查旭明;許志龍;沈志煌;陳俊英;翁建春;吳曉斌;孫杰
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C22F3/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 渠述華

本發明公開一種超聲沖擊表層強化裝置及方法，裝置包括多工位刀架、曲面軌跡掃描模塊、回轉平臺、超聲沖擊模塊和控制裝置。本發明相對于現有超聲強化裝置及方法而言可提高對零件表層的強化效果?；谑褂们孳壽E掃描模塊識別零件的異形曲面輪廓，并將曲面數據信息與回轉平臺運動控制相結合，輔助超聲沖擊表層強化工藝，實時調整超聲沖擊模塊的旋轉角度并始終保持沖擊方向與曲面輪廓垂直，軌跡掃描與超聲沖擊強化幾乎同時進行，使得在零件表面的沖擊力始終為法向力，避免因沖擊頭與零件表面間的接觸夾角變化而產生切向力等不利影響，并通過結合力反饋信號與人工智能深度學習方法提高超聲沖擊表層強化精度，實現均勻一致、更好的強化效果。

技術領域

本發明涉及超聲表層強化技術領域，特別是指一種超聲沖擊表層強化裝置及方法。

背景技術

超聲強化是一種抗疲勞表層改性技術，包含超聲沖擊、超聲滾壓等技術領域。利用大功率超聲作為驅動能量，在工具頭上施加高頻超聲振動，從而將超聲能量施加于零件表層，使零件表層發生彈塑性變形從而引入殘余壓應力，改變表層顯微組織結構，可同時達到光整加工及表層強化兩種目的，因此大大提升零件的抗疲勞性能和服役壽命。

現有的超聲強化工藝大多數應用于平面類和圓柱形軸類零件，如：①授權公告號為CN209175201U的實用新型專利中公開了一種用于平面和外圓滾壓的超聲滾壓裝置，但是只適用于規則外表面的超聲強化；②授權公告號為CN109439885B的發明專利中公開了一種超聲沖擊裝置，同樣也只適用于規則外表面的平板件和回轉件的超聲沖擊處理；③針對異形曲面零件的超聲強化工藝，授權公告號為CN209954118U的實用新型專利中公開了一種用于異形曲面加工的超聲滾壓裝置，采用柔性氣動關節夾持器帶動滾球工具頭進行多向轉動，從而實現對零件復雜異形曲面的超聲滾壓加工，但是該方法未能實現針對零件異形曲面軌跡的掃描識別功能，且沒有具體說明精準控制轉動角度實時變化的方法；④申請公布號為CN109465680A的發明專利中公開了一種用于整體葉盤或葉片型面超聲強化的方法，申請公布號為CN108330264A的發明專利中公開了一種軌跡可控的表面強化裝置，申請公布號為CN109015232A的發明專利中公開了一種大型復雜曲面超聲表面光整強化系統及其使用方法；上述的幾個發明專利主要采用將超聲沖擊裝置與加工機床的主軸或工業機器人的末端執行器固定連接，通過借助加工機床的控制裝置或旋轉編碼器或機器人運動軌跡控制器，實現超聲沖擊的振動方向始終為工件表面法線方向，但是所述發明中也未能實現針對零件異形曲面軌跡的掃描識別功能；⑤授權公告號為CN102719637B的發明專利中公開了一種適用于機械化操作的內藏針式超聲表面強化沖擊頭，將沖擊針設置在位于導向套上的導向孔內，導向套分別采用平面端面導向套、圓弧端面導向套、錐頂小平面導向套從而對平面、恒曲率曲面、任意連續曲率曲面工件進行超聲強化處理，但是對于異形曲面回轉零件，由于其沿軸線方向上的直徑是逐漸變化的，無法設計出與之相適配的導向套，不同直徑大小的圓柱形軸件就需要匹配不同尺寸的導向套，大大增加了成本；同時，該發明中也未能實現針對零件異形曲面軌跡的掃描識別功能。

上述專利中在實際生產中均有局限性，有些甚至還需要匹配不同被加工零件尺寸而配置的多種導向裝置，生產成本高；此外，現有專利在進行超聲沖擊強化的過程中，加工精度不穩定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超聲沖擊表層強化裝置及方法，可以識別異形曲面零件的表面輪廓，使得作用在零件表面的沖擊力始終為法向力，進而提高超聲沖擊表層強化精度，并保持加工過程強化精度的穩定性。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：