[发明专利]超声喷丸成形与电火花表面形性改造装置和工件加工方法

说明书

本发明公开了超声喷丸成形与电火花表面形性改造装置和工件加工方法，该装置包括超声波发生器、超声喷丸枪。超声波发生器中集成了超声喷丸枪电火花控制电路，可以同时为超声喷丸枪提供高频超声信号和控制撞针与工件之间电火花的产生与消失；超声喷丸枪撞针对工件进行高频冲击实现对工件表面强化及成形。本发明实施过程中超声喷丸成形和电火花处理同时进行，对工件进行加工时，断开超声喷丸枪电火花耦合开关，即可在撞针和工件之间产生电火花，电火花产生的局部高温熔凝作用可改善工件的表面形貌。本发明的优点在于装置结构简单、集成度高，且通过超声喷丸和电火花复合处理后的工件成形效果好、性能佳，同时能获得更好的表面形貌。

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及超声喷丸成形与电火花表面形性改造装置和对工件进行加工的方法。

背景技术

超声喷丸成形技术是利用超声波振动转化为高频机械振动而产生的冲击载荷撞击金属板材表面，使受撞击的表面及其下层金属材料产生塑性变形而延伸，同时在材料表层引入残余压应力，使表层得到强化的同时板材向受喷表面凸起的方向发生弯曲变形，达到所需外形的一种成形方法。超声喷丸成形与传统的喷丸成形技术相比具有操作简单易控制、成形板料综合性能好、绿色无污染等优势。电火花加工是通过工具电极和工件之间的电火花放电产生的局部高温、高压来对工件进行处理的，其加工范围不受材料强度、硬度的限制，加工时工件无宏观作用力，在表面强化、表面改性等方面取得了大量应用。

检索现有的相关专利发现，申请号为201410009009.9公开的超声冲击与电火花复合加工装置和方法，其特点是将超声冲击与电火花技术复合起来，在同一个时段内交替使用超声冲击和电火花对工件进行处理，提高了工件表面的性能。但是该种方法超声波发生器和电火花电源是各自独立的，同时因为在电火花处理过程中需要额外的工作介质来产生电火花，在超声冲击枪上需要设置工作介质入口，致使装置集成度不高，由于工作介质的加入也使得处理过程更加繁琐。申请号为201910660331.0公开的一种材料表面电火花喷丸强化方法与装置，其特点是该方法对材料表面处理后能达到类似喷丸的效果，可提高材料表面硬度、耐磨性及疲劳强度。但是该种方法实质上并没有将喷丸技术与电火花技术进行结合，同时也需要工作液进行辅助，这就需要一定的空间来盛放工作液，致使该方法处理效果较单一，对工作液的存储和处理也可能会带来一些问题。申请号为201010528006.8公开的超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化工艺，其特点是工具电极产生超声频率的振动，以煤油为工作液，待加工工件作为工件电极，在工具电极和工件电极之间产生电火花，以超声振动为辅助，对工件进行电火花强化处理。但该种方法下的超声振动并未对工件产生冲击强化的作用，主要还是通过电火花对工件进行强化。虽然如今存在一些将超声喷丸技术和电火花技术独自应用的装置和方法，但两者相结合的应用很少。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种超声喷丸成形与电火花表面形性改造装置和工件加工方法，目的在于能够将超声喷丸和电火花结合起来，以提高设备的集成度和加工效率，在对工件表面进行强化的同时也对工件进行成形以获得更好的表面形貌。

为实现以上的技术目的，本发明超声喷丸成形与电火花表面形性改造装置采取以下的技术方案：

一种超声喷丸成形与电火花表面形性改造装置，包括超声波发生器、超声喷丸枪，其中：

超声波发生器，与超声喷丸枪相连用以为超声喷丸枪提供高频超声信号和电火花；

超声喷丸枪用以对工件进行产生高频冲击；超声喷丸枪包括超声换能器、变幅杆、喷丸碰头，变幅杆的尾端连接超声换能器，变幅杆的前端连接喷丸碰头；喷丸碰头上分布有向前延伸且平行排列的若干撞针；

所述超声波发生器上设有超声信号控制电路和超声喷丸枪电火花控制电路；其中所述超声信号控制电路为超声喷丸枪提供高频超声信号，所述超声喷丸枪电火花控制电路控制撞针与工件之间电火花的产生与消失。

进一步的，所述电火花由超声喷丸枪电火花控制电路在喷丸碰头撞针上积聚的电荷释放时产生。