一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置

技术领域

本发明涉及金属表面强化处理技术领域，具体涉及一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置。

背景技术

超声喷丸是一种新型材料表面处理技术，其利用超声振动驱动金属介质冲击工件表面来改善工件表面性能，其原理是通过弹丸冲击工件表面发生弹塑性变形引入残余压应力层，抑制裂纹扩展和延缓疲劳失效。大多数金属材料都能用超声喷丸技术来提高硬度、耐磨性、疲劳强度等性能。而影响超声喷丸效果的因素极为复杂，很难精确控制其强化效果，所以需要进行大量实验来研究出能够直接服务于工艺参数的理论模型，以普及超声喷丸应用领域。

现有的实验室内超声喷丸装置大多是用来处理平板状试验件，对于处理圆棒状试验件柱面的超声喷丸装置比较少见，并且大多都无法或是很难方便调控试验件与喷丸的相对高度，而试验件与喷丸的相对高度对超声喷丸效果有着很大的影响，因此有必要设计一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置，该全自动升降多用途超声喷丸强化装置可对圆棒状试验件与平板状试验件进行超声喷丸处理，自动调控试验件与喷丸的相对高度，加工过程方便且高效。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置，包括有工作台、喷丸腔、第一夹持机构、第二夹持机构、第一滑动机构、第二滑动机构、全自动升降装置、支撑钢架、超声波发生器和超声振动装置。

所述喷丸腔包含双层套筒，外筒有一对大通孔，内筒有多对直径不一通孔。

所述全自动升降装置，两伺服电机通过伺服电机座与电机托架之间的螺纹连接，以及电机托架与连接杆间的焊接，实现伺服电机与丝杆同步升降。通过伺服电机控制器一拖二控制两台伺服电机，两台伺服电机同步驱动各自连接的丝杆，实现装置的自动升降。

所述超声振动装置包括换能器、变幅杆、振动头，所述超声波发生器产生超声波信号，超声波发生器与换能器通过线缆连接，所述换能器将电信号转换为机械位移，换能器与变幅杆连接，所述变幅杆将换能器产生的机械位移放大，变幅杆与振动头连接，所述振动头驱动弹丸在喷丸腔内做随机运动。

所述超声振动装置里的定位通孔与支撑钢架中心位置小通孔同轴度较高，需满足使用要求。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置作进一步详细说明。

图1为本发明一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置示意图。

图2为喷丸腔结构示意图。

图3为第一夹持机构示意图。

图4为第一、第二滑动机构示意图。

图5为全自动升降装置示意图。

图6为支撑钢架结构示意图。

图7为超声振动装置示意图。

图8为第二夹持机构示意图。

图中：1.喷丸腔 2.第一夹持装置 3.第一滑动机构 4.工作台 5.全自动升降装置6.支撑钢架 7.超声波发生器 8.超声振动装置 9.第二滑动装置 10.第二夹持装置 11.内层套筒 12.外层套筒 13.圆形锥片 14.下层喷丸腔 15.振动头端面 16.固定板 17.长螺栓 21.步进电机 22.四爪卡盘 23.主轴座 24.大轮 25.皮带 26.小轮 27.步进电机座31.第一光杆 32.第一滑动底座 33.第一铝托 34.第一滑块 51.伺服电机 52.电机托架53.连接杆 54.丝杠 55.伺服电机座 61.大通孔 62.小通孔 63.橡胶脚垫 81.振动头 82.定位通孔 83.变幅杆 84.换能器 85.线缆接头 91.第二光杆 92.第二滑动底座 93.第二滑块 94.第二铝托 101.旋钮 102.轴承座 103.顶尖

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明。

本实施例是一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置。

参阅图1～图8，本实施例一种全自动升降多用途超声喷丸强化装置，有工作台4、全自动升降装置5、支撑钢架6、第一滑动机构3、第二滑动机构9、喷丸腔1、超声振动装置8和超声波发生器7组成；其中，工作台4和全自动升降装置5之间通过螺纹连接固定，全自动升降装置5与支撑钢架6之间通过螺纹连接固定。

第一夹持机构安装有步进电机21，步进电机21与步进电机座27之间通过螺纹连接固定，步进电机座27与第一滑动底座32之间通过螺纹连接固定，步进电机21与步进电机控制器通过线缆连接，通过控制器调节步进电机转速，步进电机通过带传动带动四爪卡盘22转动，与卡盘中心22对应位置的外层套筒设有通孔，内层套筒设有多对直径不一的通孔；喷丸腔1内的圆棒状试验件穿过通孔与卡盘22连接。

本实施例中，工作台5采用10mm合金铝板制造，全自动升降装置6大部分采用铸钢制造而成，支撑钢架通体采用30*30*2的不锈钢方形管通过焊接制造而成。工作台5用来承载第一滑动机构4、第二滑动机构13，支撑钢架主要用来承载超声振动装置8。

圆形锥片13放置于下层喷丸腔14端口，与内层套筒11内壁紧密配合，圆形锥片13宽度与下层喷丸腔14端口一致。圆形锥片13与水平方向有负角度夹角，用于超声喷丸过程中将弹丸收集到振动头端面15上。装配后保证振动头81 与下层喷丸腔14内壁之间间隙小于弹丸直径。

通过伺服电机51，可实现工作台4的自动升降，使试件与振动头端面15之间距离发生变化，从而实现不同距离下的超声喷丸效果。

超声振动装置8包括振动头81、变幅杆83、换能器84和线缆接头85；超声振动装置8通过定位通孔82与支撑钢架7上对应配合位置上的小通孔配对，以便通过螺栓连接将超声振动装置8固定于支撑钢架7上，超声波发生器7产生超声波信号，超声波发生器7通过线缆与换能器84连接，换能器84将电信号转换为机械位移，换能器84与变幅杆83连接，变幅杆83将换能器84产生的机械位移放大，变幅杆83与振动头81连接，振动头81驱动弹丸在喷丸腔1内运动。

下面结合具体的工作过程来对本发明进行详细的说明：

步骤一(装夹试件)：加工圆棒状试验件时，双层套筒上端固定板16已处于缩紧固定状态，先在喷丸腔1内放入所需求数量弹丸，将圆棒状试验件一端由第一夹持机构2的四爪卡盘22装夹，装夹完毕后，通过移动第1滑动底座32可带动圆棒状试验件通过外层套筒12与内层套筒11上的通孔进入到喷丸腔1内；当圆棒状试验件位于喷丸腔1中心位置后，停止移动第一滑动底座32，用手柄锁紧第一滑块34，使其位置固定。通过移动第二滑动底座，使第二夹持机构9与圆棒状试验件完成装夹动作，试验件装夹完成后，启动步进电机电机，步进电机 21通过皮带带动四爪卡盘22转动，四爪卡盘22带动圆棒状试验件匀速转动，通过步进电机控制器控制调步进电机达到试验所要求的转速。装夹平板状试验件时，可旋转双层套筒内筒，使其遮挡住外层套筒通孔，将平板状试验件放在喷丸腔1上，用固定板16盖住，并锁紧螺母，进而可将平板状试验件固定于喷丸腔 1顶端。

步骤二(试验参数设定并启动超声喷丸发生装置)：通过超声波发生器7设置时间、超声波频率和振幅等参数，设置完毕后启动超声波发生器7，超声波信号通过线缆输入到换能器84中，换能器84将接收到的超声波信号转换为机械位移，机械位移经过变幅杆83放大后传递给振动头81，振动头81将振动能量传递给表面上的弹丸，进而对喷丸腔1内的圆棒状试验件或平板状试验件进行超声喷丸。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。