[發明專利]一種液氮冷卻的超聲噴丸加工裝置及方法

有效

• 申請號: 202210594494.5
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114941066B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李武琴;蘆小龍;韋雨辰;曹達;袁馳;鄭奕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06;C22F1/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張菊萍

本發明提供一種液氮冷卻的超聲噴丸加工裝置，該裝置包括超聲波發生器、超聲噴丸槍、液氮罐、超聲噴丸槍固定裝置、冷卻室；在液氮罐中裝有液氮，通過導管通入冷卻室，為超聲噴丸加工提供低溫環境，在此環境下，利用超聲噴丸槍對工件表面進行變形加工及強化處理。超聲噴丸槍固定裝置安裝有電熱絲，對超聲噴丸槍局部傳熱，保證換能器溫度，改善加工性能。液氮冷卻后，超聲噴丸加工使表面存在殘余壓應力，工件的材料性能得到顯著提高。

技術領域

本發明屬于材料表面形性改造領域，尤其涉及一種液氮冷卻的超聲噴丸加工裝置及方法。

背景技術

超聲噴丸技術利用壓電陶瓷的逆壓電效應，將高頻電信號轉換為高能量密度的機械振動，經介質對金屬材料表面進行沖擊，施加巨大沖擊力，造成材料的塑形變形。塑性變形在金屬材料中產生內應力，從而實現金屬材料的強化。與傳統的噴丸成型技術相比，超聲噴丸殘余應力大，強化層深，整體變形加工效果好，同時極大減少粉塵污染，綠色安全。

液氮冷卻技術是利用液氮使工件或加工裝置處于低溫冷卻狀態進行加工的方法。該技術具有成本低，降溫速度快，尾氣可直接排入大氣的特點。

檢索現有液氮冷卻裝置專利發現，缺乏針對超聲噴丸加工的相關裝置設計。檢索現有低溫超聲噴丸相關專利，并未對換能器部分附加保溫保護，低溫環境對超聲噴丸的工作效率產生明顯不利影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種液氮冷卻的超聲噴丸加工裝置及方法，通過液氮注入使冷卻室內充分降溫，局部電熱絲為換能器保溫，允許超聲噴丸槍在低溫狀態下正常加工，實現更好的表面處理效果。

本發明實施例的第一方面提供了一種液氮冷卻的超聲噴丸加工裝置，包括：

超聲波發生器1、超聲噴丸槍2、液氮罐3、超聲噴丸槍固定裝置4、冷卻室5；

超聲波發生器1與超聲噴丸槍2相連，為超聲噴丸槍2提供高頻超聲信號，驅動超聲噴丸槍2內部的撞針16，對工件進行高頻沖擊，使工件表面產生一定變形；

超聲噴丸槍2，由換能器14、變幅桿15、撞針16、尾部端蓋17組成，超聲噴丸槍2尾部安裝端蓋，前端安裝撞針16，對工件進行高頻沖擊，實現工件成形；

液氮罐3位于冷卻室5外，通過氣閥7的導管6與冷卻室5相連；

超聲噴丸槍固定裝置4，由裝夾套18、螺柱19和螺母20組成，固定冷卻室5內超聲噴丸槍2位置，螺母20將裝夾套18固定在螺柱19上，通過調節螺母20調整超聲噴丸槍2垂直高度；

冷卻室5，由操作臺8、定位螺紋孔9、滑槽10、加工臺11、旋轉手輪12、測溫儀13組成；其中，操作臺8位于冷卻室5上端，包括：電熱絲開關、氣閥開關、溫度顯示屏；定位螺紋孔9用于鎖定超聲噴丸槍固定裝置4的位置；加工臺11位于滑槽10上，作為工件放置平臺，加工臺11上固定齒條與齒輪嚙合，旋轉手輪12連接在齒輪上操作旋轉手輪12，驅動加工臺11的移動，以實現工件表面的全范圍加工。

進一步的，液氮罐3內低溫氣體通過導管6進入冷卻室5，形成低溫加工環境。

進一步的，測溫儀13內含熱敏電阻，與操作臺8的溫度顯示屏連接，顯示冷卻室5的溫度。

進一步的，裝夾套18內裝有電熱絲與熱敏開關，與操作臺8上電熱絲開關相連，為換能器14提供保溫保護；熱敏開關防止裝夾套18過熱造成換能器14性能削弱。

本發明實施例的第二方面提供了一種液氮冷卻的超聲噴丸加工方法，包括：

步驟一:將工件固定在加工臺上，裝夾超聲噴丸槍2至超聲噴丸固定裝置4，調節至適當加工高度；

步驟二:連接超聲噴丸槍2與超聲發生器1，在超聲發生器1上設置需要的功率和頻率；