一种金属板表面超声振动强化处理的装置

1.本发明涉及磨削加工设备领域，具体为一种金属板表面超声振动强化处理的装置。


背景技术：

2.颗粒增强钛基复合材料(ptmcs)是在钛合金基体中加入弥散分布、高强度、高硬度、高模量的增强颗粒的一种新型复合材料，因其高比模量、高比强度、抗疲劳性和耐腐蚀性等优异的物理力学性能，被广泛应用在航空航天、汽车船舶和生物医疗等重要领域；但正是因其加入了增强颗粒也带来可加工性差、切削温度高、切削力大、刀具磨损严重、加工精度低、表面质量差等问题。
3.因此钛合金加工难度大，传统的加工方法已不适用于加工钛合金。而超声纵扭振动表层强化技术将超声振动引入传统表层强化技术, 使传统表层强化技术获得规律的纵扭振动冲击,工件表层获得一定塑性变形以达到强化工件表层性能的目的。通过超声振动强化金属板材表面金相结构组织从而达到改善显微硬度和残余应力，从而提高疲劳寿命。
4.超声纵扭加工中，具有纵向和扭向二维振动，纵向微动冲击可强化金属表面显微硬度和纵向残余应力， 扭向振动冲击能力可以在纵向冲击的同时在表面产生扭向滑动，提高表面粗糙度，同时可以改善金属表面周向残余压应力值。现有技术中，超声波变幅杆配合超声波换能器改变超声波振动幅度，主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上，即聚能。然而现有的超声波变幅杆具有以下不足点：现有的超声波变幅杆在制造完成后纵扭角度和速度即为固定，无法再根据实际情况进行调整，不能适用于不同的磨削需要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种金属板表面超声振动强化处理的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属板表面超声振动强化处理的装置，包括超声振动刀柄、刀具，超声振动刀柄中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，所述超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有控制纵扭角度和速度的调节组件。
7.优选的，所述调节组件包括两个套设在超声波变幅杆下端的环套，两个环套通过支架固定在超声振动刀柄上，环套与超声波变幅杆不接触，两个所述环套相对的一面分别转动连接一个转盘，两个转盘通过控制机构驱动其反向转动，控制机构安装在支架上，两个所述转盘之间安装有多组用于调整纵扭角度的滑轨组件，每个滑轨组件中滑动连接纵扭导杆的一端，纵扭导杆的另一端固定在超声波变幅杆上。
8.优选的，所述控制机构包括换向伞齿、上下伞齿、上下齿轮，所述换向伞齿通过电机驱动，换向伞齿上下啮合两个平行设置的上下伞齿，每个上下伞齿通过轴固定连接一个
上下齿轮，换向伞齿、上下伞齿、上下齿轮均设置在控制箱中，控制箱固定在支架上，所述转盘外围设置有齿，上下齿轮部分伸出控制箱与转盘啮合。
9.优选的，所述滑轨组件包括纵扭滑轨、辅助调整杆，所述纵扭滑轨中滑动连接纵扭导杆的一端，纵扭滑轨滑动连接两根辅助调整杆，两根辅助调整杆呈中心对称，每根的一端滑动连接纵扭滑轨，另一端与转盘铰接。
10.优选的，所述纵扭滑轨还设置有避免纵扭滑轨因自身重量发生偏移的限位组件；所述限位组件包括限位机构和限位环，每个所述纵扭滑轨上设置有一个限位机构，纵扭滑轨通过限位机构与环绕在超声波变幅杆外的限位环铰接，所述限位环固定连接在支架上。
11.优选的，所述限位机构包括支撑杆、支撑板、转动轴，所述支撑杆设置有多个，多个支撑杆一端固定连接在纵扭滑轨中心位置，另一端固定连接支撑板的一面，支撑板的另一端面固定连接转动轴的一端，转动轴的另一端转动连接在限位环上。
12.优选的，所述刀具可以是椭圆形、板状、球形或弧形。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设置有调节组件，控制机构带动两个转盘反向转动，转盘反向转动带动滑轨组件以纵扭导杆为中心转动调整角度，通过使纵扭导杆在滑轨组件中滑动实现超声波变幅杆带动刀具纵扭，从而实现控制纵扭角度和速度。滑轨组件越偏离与转盘的垂直状态，纵扭产生的角度越大，转动速度越快，滑轨组件越接近垂直于转盘的状态，纵扭的角度越小，转动速度越慢，纵扭角度和速度可以根据需要调整以便适应不同加工需要，以便对钛合金板材表面进行超声振动挤压强化，增强表面完整性，包括显微硬度、和残余应力等。
附图说明
14.图1为本发明的主要结构示意图；图2为图1的a处的局部放大图；图3为本发明滑轨组件的结构示意图；图4为本发明限位组件的结构示意图；图5为本发明控制机构的结构示意图；图6为本发明不同刀具的结构示意图。
15.图中：1、环套，2、转盘，3、支架，4、滑轨组件，401、纵扭滑轨，402、辅助调整杆，5、纵扭导杆，6、限位机构，601、支撑杆，602、支撑板，603、转动轴，7、限位环，8、控制机构，801、控制箱，802、换向伞齿，803、上下伞齿，804、上下齿轮。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.请参阅图1-6，为解决现有的超声波变幅杆在制造完成后纵扭角度和速度即为固定，无法再根据实际情况进行调整，不能适用于不同的磨削需要的问题，达到纵扭角度和速度可以根据需要调整以便适应不同加工需要的目的，本发明提供一种技术方案：一种金属
板表面超声振动强化处理的装置，包括超声振动刀柄、刀具，超声振动刀柄中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有控制纵扭角度和速度的调节组件。刀具可以是椭圆形、板状、球形或弧形。本技术中，电机、气缸、推杆等电器设备均采用现有型号。使用时，根据使用的刀具、加工的材质所需的打磨效果等因素使用调节组件对纵扭角度和速度进行调节，调节完毕后，将超声振动刀柄连接在机床上或操作人员手持，使用其上连接的刀具对工件进行打磨。
18.请参阅图2，为实现纵扭角度和速度调节，设置有调节组件，调节组件包括两个套设在超声波变幅杆下端的环套1，两个环套1通过支架3固定在超声振动刀柄上，环套1与超声波变幅杆不接触，两个环套1相对的一面分别转动连接一个转盘2，两个转盘2通过控制机构8驱动其反向转动，控制机构8安装在支架3上，两个转盘2之间安装有多组用于调整纵扭角度的滑轨组件4，每个滑轨组件4中滑动连接纵扭导杆5的一端，纵扭导杆5的另一端固定在超声波变幅杆上。调整时，使纵扭导杆5位于滑轨组件4中心处，然后启动控制机构8，控制机构8带动两个转盘2反向转动，转盘2反向转动带动滑轨组件4以纵扭导杆5为中心转动调整角度，通过使纵扭导杆5在滑轨组件4中滑动实现超声波变幅杆带动刀具纵扭，从而实现控制纵扭角度和速度。滑轨组件4越偏离与转盘2的垂直状态，纵扭产生的角度越大，转动速度越快，滑轨组件4越接近垂直于转盘2的状态，纵扭的角度越小，转动速度越慢。
19.请参阅图5，为使两个转盘2能同时反向转动，在不转动时锁紧，保持滑轨组件4的倾斜角度，设置有控制机构8，控制机构8包括换向伞齿802、上下伞齿803、上下齿轮804，换向伞齿802通过电机驱动，换向伞齿802上下啮合两个平行设置的上下伞齿803，每个上下伞齿803通过轴固定连接一个上下齿轮804，换向伞齿802、上下伞齿803、上下齿轮804均设置在控制箱801中，控制箱801固定在支架3上，转盘2外围设置有齿，上下齿轮804部分伸出控制箱801与转盘2啮合。调节时，启动电机，电机采用步进电机，使用现有型号，电机带动换向伞齿802转动，换向伞齿802带动两个上下伞齿803转动，使两个上下伞齿803同时反向转动，上下伞齿803转动带动上下齿轮804转动，上下齿轮804通过轴转动连接在控制箱801中，上下齿轮804带动转盘2转动，使两个转盘2同时反向转动，以调整滑轨组件4的角度。
20.请参阅图3，为使调整角度后便于滑动，设置有滑轨组件4，滑轨组件4包括纵扭滑轨401、辅助调整杆402，纵扭滑轨401中滑动连接纵扭导杆5的一端，纵扭滑轨401滑动连接两根辅助调整杆402，两根辅助调整杆402呈中心对称，每根的一端滑动连接纵扭滑轨401，另一端与转盘2铰接。当转盘2转动调整滑轨组件4的角度的时候，纵扭滑轨401的长度不发生变化，保证纵扭滑轨401内侧平滑无凸起，以便纵扭导杆5在其中滑动，通过辅助调整杆402来对角度调整后的纵扭滑轨401进行长度补齐，纵扭滑轨401的长度超过纵扭导杆5的运动行程，在磨削工件过程中纵扭导杆5不会碰撞到纵扭滑轨401。
21.请参阅图4，为避免在调整角度后纵扭滑轨401自然滑落无法适应纵扭导杆5的行程，纵扭滑轨401还设置有避免纵扭滑轨401因自身重量发生偏移的限位组件，避免纵扭滑轨401滑落；限位组件包括限位机构6和限位环7，每个纵扭滑轨401上设置有一个限位机构6，纵扭滑轨401通过限位机构6与环绕在超声波变幅杆外的限位环7铰接，限位环7固定连接在支架3上。限位机构6包括支撑杆601、支撑板602、转动轴603，支撑杆601设置有多个，多个支撑杆601一端固定连接在纵扭滑轨401中心位置，另一端固定连接支撑板602的一面，支撑
板602的另一端面固定连接转动轴603的一端，转动轴603的另一端转动连接在限位环7上。当纵扭滑轨401转动的时候，纵扭导杆5与转动轴603处于同一轴线上，纵扭滑轨401带动支撑杆601转动，支撑杆601带动支撑板602转动，支撑板602带动转动轴603转动，转动轴603通过与限位环7转动连接使纵扭滑轨401始终位于两个转盘2之间，始终与纵扭导杆5的形成适配，纵扭滑轨401的两端到两个转盘2的距离始终相等。
22.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种金属板表面超声振动强化处理的装置，包括超声振动刀柄、刀具，超声振动刀柄中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，其特征在于：所述超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有控制纵扭角度和速度的调节组件。2.根据权利要求1所述的一种金属板表面超声振动强化处理的装置，其特征在于：所述调节组件包括两个套设在超声波变幅杆下端的环套（1），两个环套（1）通过支架（3）固定在超声振动刀柄上，环套（1）与超声波变幅杆不接触，两个所述环套（1）相对的一面分别转动连接一个转盘（2），两个转盘（2）通过控制机构（8）驱动其反向转动，控制机构（8）安装在支架（3）上，两个所述转盘（2）之间安装有多组用于调整纵扭角度的滑轨组件（4），每个滑轨组件（4）中滑动连接纵扭导杆（5）的一端，纵扭导杆（5）的另一端固定在超声波变幅杆上。3.根据权利要求2所述的一种金属板表面超声振动强化处理的装置，其特征在于：所述控制机构（8）包括换向伞齿（802）、上下伞齿（803）、上下齿轮（804），所述换向伞齿（802）通过电机驱动，换向伞齿（802）上下啮合两个平行设置的上下伞齿（803），每个上下伞齿（803）通过轴固定连接一个上下齿轮（804），换向伞齿（802）、上下伞齿（803）、上下齿轮（804）均设置在控制箱（801）中，控制箱（801）固定在支架（3）上，所述转盘（2）外围设置有齿，上下齿轮（804）部分伸出控制箱（801）与转盘（2）啮合。4.根据权利要求2所述的一种金属板表面超声振动强化处理的装置，其特征在于：所述滑轨组件（4）包括纵扭滑轨（401）、辅助调整杆（402），所述纵扭滑轨（401）中滑动连接纵扭导杆（5）的一端，纵扭滑轨（401）滑动连接两根辅助调整杆（402），两根辅助调整杆（402）呈中心对称，每根的一端滑动连接纵扭滑轨（401），另一端与转盘（2）铰接。5.根据权利要求4所述的一种金属板表面超声振动强化处理的装置，其特征在于：所述纵扭滑轨（401）还设置有避免纵扭滑轨（401）因自身重量发生偏移的限位组件；所述限位组件包括限位机构（6）和限位环（7），每个所述纵扭滑轨（401）上设置有一个限位机构（6），纵扭滑轨（401）通过限位机构（6）与环绕在超声波变幅杆外的限位环（7）铰接，所述限位环（7）固定连接在支架（3）上。6.根据权利要求5所述的一种金属板表面超声振动强化处理的装置，其特征在于：所述限位机构（6）包括支撑杆（601）、支撑板（602）、转动轴（603），所述支撑杆（601）设置有多个，多个支撑杆（601）一端固定连接在纵扭滑轨（401）中心位置，另一端固定连接支撑板（602）的一面，支撑板（602）的另一端面固定连接转动轴（603）的一端，转动轴（603）的另一端转动连接在限位环（7）上。7.根据权利要求1所述的一种金属板表面超声振动强化处理的装置，其特征在于：所述刀具可以是椭圆形、板状、球形或弧形。

技术总结
本发明公开了一种金属板表面超声振动强化处理的装置，涉及磨削加工设备领域，包括超声振动刀柄、刀具，超声振动刀柄中设置有超声波换能器和超声波变幅杆，超声波换能器将振动传给超声波变幅杆，超声波变幅杆带动刀具纵扭振动，超声波变幅杆靠近刀具的一端设置有控制纵扭角度和速度的调节组件。本发明设置有调节组件，滑轨组件越偏离与转盘的垂直状态，纵扭产生的角度越大，转动速度越快，滑轨组件越接近垂直于转盘的状态，纵扭的角度越小，转动速度越慢，纵扭角度和速度可以根据需要调整以便适应不同加工需要，以便对钛合金板材表面进行超声振动挤压强化，增强表面完整性，包括显微硬度、和残余应力等。硬度、和残余应力等。硬度、和残余应力等。


技术研发人员：邹云鹤 宋晓文 郭世杰 唐术峰 张文志
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/8/24