一种金属表面强化装置

本发明涉及金属表面处理领域，特别是涉及一种金属表面强化装置。

背景技术：

1、在飞机、汽车、船舶和工程机械等行业中，其主要零部件多数服役在循环载荷或随机载荷工况下，这些零部件的失效机制主要是疲劳断裂。目前，喷丸强化技术可以提高金属零件的疲劳强度和抗应力腐蚀性能，但是受零件内腔、凹槽等零件结构的限制，无法将所有部位进行直接喷丸，尤其对大长径比的孔内壁和狭小空间的侧壁。

2、对大长径比的孔内壁和狭小空间的侧壁进行喷丸时，现有设备的丸粒流喷射角度无法随意调整，由于空间尺寸的限制，丸粒的运动轨迹与零件表面近似平行，类似刮擦的过程远远达不到喷丸效果。

3、加入导流板、反射板等方式可以改善丸粒的撞击角度，但是固定角度的设置使丸粒冲击零件的位置和冲击角度相对固定，导致喷丸效果不均匀。并且反射的方式也会导致喷丸能量的损失，无法充分发挥喷丸的能量。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属表面强化装置，可以提高超声喷丸在零件表面强化的效果和效率。其具体方案如下：

2、一种金属表面强化装置，包括：

3、超声波发生器，用于产生超声频段电信号；

4、超声波换能器，与所述超声波发生器连接，用于将所述超声频段电信号的电功率转换成同频率纵向振动机械功率；

5、变幅杆，与所述超声波换能器连接，用于对所述超声波换能器输出的机械振动位移或速度进行放大处理，并将处理后得到的超声能量传递到振动腔体上；

6、所述振动腔体，与所述变幅杆连接，且与待处理零件的表面构成丸粒的运动腔室，用于产生超声频率的振动，作为所述丸粒运动的激励源，以对所述待处理零件的表面进行超声喷丸强化处理。

7、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述振动腔体的大头端与所述变幅杆连接，小头端的轮廓与所述待处理零件的轮廓相互匹配；

8、所述振动腔体的小头端与所述待处理零件的表面共同构成所述丸粒的运动腔室。

9、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述振动腔体的小头端为哑铃型结构。

10、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述振动腔体的小头端对应的两端位置处与所述待处理零件的表面近似贴合。

11、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述振动腔体的小头端对应的中间位置处的剖面轮廓为变直径结构，以使所述丸粒的撞击方向与所述待处理零件的表面相互垂直。

12、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述振动腔体的小头端对应的中间位置处的剖面轮廓为直线、曲线、中空或带孔形状。

13、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述待处理零件的表面为内孔时，所述振动腔体的小头端的直径小于所述内孔的孔径。

14、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述待处理零件的表面为侧壁时，所述振动腔体的小头端远离所述待处理零件的一侧设置有辅助遮挡件。

15、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述变幅杆通过螺柱分别与所述超声波换能器、所述振动腔体连接。

16、优选地，在本发明实施例提供的上述金属表面强化装置中，所述变幅杆和所述振动腔体的大头端均为变截面圆柱结构；所述超声波换能器为圆柱体结构。

17、从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种金属表面强化装置，包括：超声波发生器，用于产生超声频段电信号；超声波换能器，与超声波发生器连接，用于将超声频段电信号的电功率转换成同频率纵向振动机械功率；变幅杆，与超声波换能器连接，用于对超声波换能器输出的机械振动位移或速度进行放大处理，并将处理后得到的超声能量传递到振动腔体上；振动腔体，与变幅杆连接，且与待处理零件的表面构成丸粒的运动腔室，用于产生超声频率的振动，作为丸粒运动的激励源，以对待处理零件的表面进行超声喷丸强化处理。

18、本发明提供的上述金属表面强化装置，利用超声波发生器、超声波换能器、变幅杆以及振动腔体的相互作用，使振动腔体产生超声频率的振动，并且振动腔体与待处理零件的表面构成丸粒的运动腔室，满足超声喷丸腔体密封需求，进而通过振动腔体超声振动驱动丸粒对待处理零件表面进行超声喷丸强化，尤其可应用在大长径比的孔内壁和狭小空间的侧壁上，提高了超声喷丸在零件表面(如侧壁或内壁)强化的效果和效率，改善了零件表面性能。

技术特征：

1.一种金属表面强化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述振动腔体的大头端与所述变幅杆连接，小头端的轮廓与所述待处理零件的轮廓相互匹配；

3.根据权利要求2所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述振动腔体的小头端为哑铃型结构。

4.根据权利要求3所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述振动腔体的小头端对应的两端位置处与所述待处理零件的表面近似贴合。

5.根据权利要求4所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述振动腔体的小头端对应的中间位置处的剖面轮廓为变直径结构，以使所述丸粒的撞击方向与所述待处理零件的表面相互垂直。

6.根据权利要求5所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述振动腔体的小头端对应的中间位置处的剖面轮廓为直线、曲线、中空或带孔形状。

7.根据权利要求5所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述待处理零件的表面为内孔时，所述振动腔体的小头端的直径小于所述内孔的孔径。

8.根据权利要求5所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述待处理零件的表面为侧壁时，所述振动腔体的小头端远离所述待处理零件的一侧设置有辅助遮挡件。

9.根据权利要求1所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述变幅杆通过螺柱分别与所述超声波换能器、所述振动腔体连接。

10.根据权利要求3所述的金属表面强化装置，其特征在于，所述变幅杆和所述振动腔体的大头端均为变截面圆柱结构；所述超声波换能器为圆柱体结构。

技术总结
本发明涉及金属表面处理领域，公开了一种金属表面强化装置，包括：超声波发生器，用于产生超声频段电信号；超声波换能器，用于将超声频段电信号的电功率转换成同频率纵向振动机械功率；变幅杆，用于对超声波换能器输出的机械振动位移或速度进行放大处理，并将处理后得到的超声能量传递到振动腔体上；振动腔体，与变幅杆连接，且与待处理零件的表面构成丸粒的运动腔室，用于产生超声频率的振动，作为丸粒运动的激励源，以对待处理零件的表面进行超声喷丸强化处理。这样通过振动腔体超声振动驱动丸粒对待处理零件表面进行超声喷丸强化，提高了超声喷丸在零件表面强化的效果和效率，可应用在大长径比的孔内壁和狭小空间的侧壁上。

技术研发人员：李一飞,尚晓峰,赵夙
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14