[发明专利]一种超声强化在线监测调节方法、装置和超声强化装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械零部件表面强化技术领域，具体而言，涉及一种超声 强化在线监测调节方法、装置和超声强化装置。

背景技术

目前，腐蚀、磨损、断裂是导致机械零部件损坏失效的常见的三种模 式，其中以断裂失效带来的灾难与损失最大；汽车、机车、飞机、汽轮机 等机械中的一些重要零部件，如弹簧、轴、齿轮、连杆、叶片、车轮等承 受循环交变载荷，有时发生断裂失效，而断裂失效中疲劳断裂所占比例最 高，在民用机器零部件的损坏中约占40％-50％的比例，而军用和航空飞行 器的零部件的损坏中所占比例则高达90％；可见，研究预防疲劳断裂、探 索抗疲劳断裂机制至关重要，而对机械零部件的表面进行强化处理是提高 机器零部件抗疲劳寿命最为有效的手段。

金属材料表面形变强化是利用机械能使工件表面产生塑性变形，引起 表面形变强化的方法，亦称为表面形变强化。目前主要的表面形变强化的 方法有喷(抛)丸、滚压和孔挤压三种工艺。

表面喷丸强化工艺：由于其不受材料种类、材料静强度、零件几何形 状的限制，且成本低，强化效果显著，一问世就引起工业发达国家制造业 的极大关注，在提高机件可靠性及耐久性方面，取得显著的成效。喷丸强 化是一种提高金属零件疲劳性能的良好工艺。但在服役过程中交变载荷及 温度同时作用下，残余压应力将发生应力松弛；且交变载荷越大或温度越 高，残余压应力松弛越快。

表面滚压与孔挤压统称滚压强化：表面滚压特别适用于形状简单的大 零件，尤其是尺寸突然变化的结构应力集中处，如火车轴的轴径、齿轮的 齿根、曲轴轴颈的圆倒角处，表面滚压处理后，其疲劳寿命都有明显的提 高。孔挤压是利用棒、衬套、模具等特殊的工具，对零件孔或周边连续、 缓慢、均匀地挤压，形成塑性变形的硬化层。塑性变形层内组织结构发生 变化，引起形变强化，并产生残余压应力，降低了孔壁粗糙度，对提高材 料疲劳强度和应力腐蚀能力很有效。

以上几种传统材料表面形变强化工艺在相关领域和场合已取得重要应 用，但是对于某些特定零件表面及有特定强化指标要求的情形下存在局限 性。主要体现在现代高效微细精密零件中难以施展，尤其是在典型的微孔、 深窄槽等零部件表面强化应用中，且喷丸强化弹丸冲击的随机性和不可控 性使得强化效果难以可靠的保证和预控。

为解决上述缺陷，因此现有技术中还出现了超声强化的处理方法，超 声强化处理的工作过程中，往往需要通过调节超声波工具端部与需要进行 强化处理的工件之间的加工间隙来控制超声强化工作的状态和进程，但是 工作过程中直接测量超声工具端部与工件之间的加工间隙是非常困难的， 现有技术中往往是凭借操作人员的经验或者通过设置标尺的方式进行人工 调节，效率低下，且无法做到精细控制，进而导致强化处理的效果不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种超声强化在线监测调节 方法、装置和超声强化装置，能够实现精确地调节超声波工具端部与需要 进行强化处理的工件之间的加工间隙，提高超声强化处理的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种超声强化在线监测调节方法，包 括：

实时测量工作过程当中超声波换能器两端的电压与电流，根据所述电 压与电流计算得到工作过程当中的瞬时负载阻抗；

将所述瞬时负载阻抗与预存的标准负载阻抗阈值进行比较，根据比较 结果得到输出控制信号；

根据所述输出控制信号控制控制调节超声波工具球端与被强化工件之 间的加工间隙大小。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方 式，其中：

在根据所述输出控制信号控制调节超声波工具球端与被强化工件之间 的加工间隙大小之前，还包括：对所述输出控制信号进行功率放大。

第二方面，本发明实施例还提供了一种超声强化在线监测调节装置， 包括：

测量计算单元，用于实时获取工作过程当中超声波换能器两端的电压 与电流，根据所述电压与电流计算得到工作过程当中的瞬时负载阻抗；

比较单元，用于将所述瞬时负载阻抗与预存的标准负载阻抗阈值进行 比较，根据比较结果得到输出控制信号；

控制执行单元，用于根据所述输出控制信号调节超声波工具球端与被 强化工件之间的加工间隙大小。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方 式，其中：