[发明专利]一种用于定量表面强化的超声冲击加工装置及其加工方法

说明书

本发明公开一种用于定量表面强化的超声冲击加工装置及其加工方法，其包括机架、三轴运动系统和超声冲击设备；所述三轴运动系统包括X向运动机构、Y向运动机构和Z向运动机构；所述Z向运动机构包括固定连接在X向滑台上的Z向导轨以及同轴设置在X向滑台上的压力加载系统和定时冲击控制系统，所述超声冲击设备滑动连接于Z向导轨上；所述压力加载系统连接超声冲击设备，用于对超声冲击设备施加静载荷；所述定时冲击控制系统连接超声冲击设备，用于快速抬起或下降超声冲击设备以控制超声冲击时间。本发明能够使超声冲击过程中的压力始终恒定，冲击轨迹便于控制，短时间内更换冲击位置，实现超声冲击参数化，大幅提升表面强化效果。

技术领域

本发明涉及金属材料表面加工设备与技术领域，尤其是一种可精确控制变形量、可实现定量表面强化的用于定量表面强化的超声冲击加工装置及其加工方法。

背景技术

超声冲击利用大功率的能量推动冲击头以每秒约2万次的频率冲击金属试样表面，超声冲击设备产生的大能量使金属表层产生较大的压缩塑性变形，改变了原有的应力场，产生有益的压应力，使冲击部位得以强化，目前被广泛应用于航空航天、石油化工等领域各种构件及焊接件的残余应力消除。

纳米化的过程与超声冲击的强度有关，当前的超声冲击装置采用连续进给的加工方式，单位面积冲击时间不足，未能提供足够的冲击强度。而采用机械手进行超声冲击加工，则为硬冲击，常出现振动问题，导致长时间工作使机械手疲劳破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于定量表面强化的超声冲击加工装置及其加工方法，以解决上述现有技术存在的问题，该装置结构简单，操作方便，实用性强，通过增加了静载荷控制及冲击枪抬起的功能，对超声波冲击枪施加可控制大小的压力，并能达到调节冲击力和单位面积冲击次数可控的要求，再结合超声冲击加工，使超声冲击装置兼具定时、定载荷超声冲击的能力，使表面强化效果显著。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于定量表面强化的超声冲击加工装置，包括机架、三轴运动系统和超声冲击设备；

所述三轴运动系统包括X向运动机构、Y向运动机构和Z向运动机构；

所述X向运动机构包括X向滑台、X向丝杆和X向电机，所述X向滑台沿X向滑动连接于机架顶部的横梁上，X向丝杆沿X向转动连接于机架顶部的横梁上，且X向丝杆与X向滑台上的螺母座传动连接，所述X向电机与X向丝杆的一端传动(通过联轴器)连接；

所述Y向运动机构包括Y向滑台、Y向丝杆和Y向电机，所述Y向滑台沿Y向滑动连接于机架底部的台面上，Y向丝杆沿Y向转动连接于机架底部的台面上，且Y向丝杆与Y向滑台上的螺母座传动连接，所述Y向电机与Y向丝杆的一端传动(通过联轴器)连接；所述Y向滑台的顶部为装夹面，待加工的工件通过装夹机构固定在装夹面上，其中装夹机构通过螺栓固定在装夹面上；

所述Z向运动机构包括固定连接在X向滑台上的Z向导轨以及同轴设置在X向滑台上的压力加载系统和定时冲击控制系统，所述超声冲击设备滑动连接于Z向导轨上；所述压力加载系统连接超声冲击设备，用于对超声冲击设备施加静载荷；所述定时冲击控制系统连接超声冲击设备，用于快速抬起或下降超声冲击设备以控制超声冲击时间。

进一步的，所述超声冲击设备包括超声冲击枪、装夹固定板和电源，装夹固定板的背部固定有上滑块和下滑块，上滑块和下滑块分别滑动连接于Z向导轨上；所述超声冲击枪通过螺栓固定连接在装夹固定板上，并连接电源使其工作。