电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置及方法

1.本发明属于金属材料表面纳米强化技术领域，具体涉及一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置及方法。


背景技术：

2.对于工程构件而言，失效大多发生于材料的表面，为了有效的提高构件的使用寿命，需要进行材料的表面强化或改性处理。超声喷丸强化技术是将超声波与表面强化相结合而得到的一种新型的表面强化手段，其利用高频的超声振动作为能量来驱动丸粒来进行冲击强化。一般的超声喷丸技术，是通过将能量逐步传递至工作端面，再由工作端面传递给丸粒，最后由获得能量的丸粒，高速撞击金属表面，使金属表面发生剧烈塑性变形，来达到金属材料表面强化的目的的。这种超声喷丸技术有两个局限性：其一，在整个喷丸强化的过程中，喷丸装置整体无法自主移动；其二，最后传递至工作端面的能量形式是高频小振幅的振动，为了能够激励喷丸丸粒运动以及保证能量的传递效率，工作端面的尺寸是有一定限制的。这两个局限就导致采用丸粒冲击来强化金属材料的方式，不能做到大范围的连续强化处理，一次强化过程中能强化的面积较小，效率较低，也不能做到自由强化金属材料的固定区域。
3.其次，超声喷丸强化的本质是通过外力促使金属表面发生剧烈的塑性变形，使得金属材料表层的位错和孪晶的运动来切割原来的晶粒，以此来达到细化表层的晶粒尺寸的目的。为了获得较好的一个强化效果，包括晶粒细化的程度和影响层的深度，需要一个较大的喷丸强度，这就会导致处理过程中可能会引起金属表面层的质量损伤，比如产生微裂纹和组织堆叠等，这些损伤在后续的加工、使用过程中可能发展成为宏观裂纹等缺陷，这对于金属材料的疲劳强度有很大的影响，反而会缩短了金属材料的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在一次强化过程中强化面积较小、效率较低、不能连续和自由强化以及处理过程中可能会引起金属表面层的质量损伤的问题，提供一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置及方法，只需要将工件固定，即可由超声喷丸装置的运动来实现一次喷丸过程中大范围的强化效果，大大提高了强化效率，同时可以对特定区域进行定点强化；与此同时通过外加电脉冲处理来调控金属材料表层微观组织，调节内部残余压应力，并且促进微裂纹等损伤的愈合，通过电脉冲辅助超声冲击的工艺来同时实现较好的强化效果与较高的表面质量这两个要求。
5.本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
6.一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，包括超声波喷丸系统，所述超声波喷丸系统包括超声波发生器、换能器、变幅杆和喷丸腔，待处理工件安装于喷丸腔上方；还包括驱动系统和电脉冲系统；
7.所述驱动系统包括两两垂直布置的x向驱动组件、y向驱动组件、z向驱动组件，所
述超声波喷丸系统的喷丸腔安装于所述z向驱动组件上，通过z向驱动组件驱动所述喷丸腔沿z向移动，超声波喷丸系统的其他部件与z向驱动组件均固定安装于所述y向驱动组件上，通过y向驱动组件驱动沿y向移动，y向驱动组件固定安装于所述x向驱动组件上，通过x向驱动组件驱动沿x向移动；驱动系统还包括驱动控制器，通过所述驱动控制器控制所述x向驱动组件和y向驱动组件，带动所述超声波喷丸系统沿规划路径在xy平面内移动以对所述工件进行大范围连续的超声喷丸处理，并能在特定区域停止运动，来增强特定区域的喷丸强度；通过所述驱动控制器控制所述z向驱动组件，带动所述喷丸腔沿z向移动以调节喷丸工作距离；
8.所述电脉冲系统包括电脉冲发生器、负极接头组件、正极接头组件，所述负极接头组件和正极接头组件分别与所述工件两侧连接，将电脉冲发生器的电脉冲能量引入工件内，实现电脉冲辅助超声冲击强化金属。
9.上述方案中，所述x向驱动组件包括x向步进电机和x向高精度丝杆组件，所述x向高精度丝杆组件沿x向布置，并与所述x向步进电机相连；所述y向驱动组件包括y向步进电机和y向高精度丝杆组件，所述y向高精度丝杆组件沿y向布置，并与所述y向步进电机相连；所述z向驱动组件包括z向步进电机和z向高精度丝杆组件，所述z向高精度丝杆组件沿z向布置，并与所述z向步进电机相连；所述驱动控制器为电机控制器，所述电机控制器分别与x向步进电机、y向步进电机、z向步进电机电连接实现控制。
10.上述方案中，各高精度丝杆组件与其对应的步进电机通过联轴器相连。
11.上述方案中，所述装置还包括支撑底板、第一连接板和第二连接板；所述x向驱动组件固定安装于所述支撑底板上；所述y向驱动组件固定安装于所述第一连接板上，所述第一连接板固定安装于所述x向驱动组件上；所述超声波喷丸系统和z向驱动组件安装于所述第二连接板上，所述第二连接板固定安装于所述y向驱动组件上。
12.上述方案中，所述装置还包括直角支架、支撑肋板和设备固定装置；所述喷丸腔固定在直角支架上，直角支架与z向驱动组件连接；所述支撑肋板分别连接所述z向驱动组件与第二连接板，实现z向驱动组件的固定；所述设备固定装置固定安装于第二连接板上，所述换能器安装于设备固定装置上。
13.上述方案中，所述装置还包括工件吸附系统，所述工件吸附系统包括空气压缩机、真空发生器、气管、吸盘组件、吸盘固定组件；所述空气压缩机、真空发生器和吸盘组件通过所述气管依次相连，所述吸盘组件安装于吸盘固定组件上，所述吸盘固定组件安装于试验台架上，且吸盘固定组件的z向位置能够配合所述喷丸腔的z向移动进行手动调节。
14.上述方案中，所述试验台架包括支撑立柱和高度可调横梁，所述高度可调横梁活动安装于所述支撑立柱上，并能沿着支撑立柱移动至设定位置后进行固定；所述吸盘固定组件安装于所述高度可调横梁上。
15.上述方案中，所述超声波发生器、驱动控制器、电脉冲发生器、空气压缩机均设置于所述试验台架外部。
16.相应的，本发明还提出一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的方法，采用上述装置进行，包括以下步骤：
17.s1、通过控制驱动控制器，控制x向驱动组件、y向驱动组件、z向驱动组件调整超声喷丸系统的初始工作位置，以便于喷丸过程中能有更大的移动距离；
18.s2、控制z向驱动组件，使喷丸腔下降直至变幅杆的工作端面伸入喷丸腔内，并与喷丸腔上表面保持设定的工作距离，然后在工作端面上放置小球铺满整个工作端面；
19.s3、通过工件吸附系统吸附平板状金属工件，然后手动调整其位置使平板状金属工件下表面与喷丸腔上表面接触；
20.s4、将电脉冲系统的正极接头组件与负极接头组件分别夹在平板状金属工件两侧；
21.s5、根据不同金属工件所需要的喷丸强度调整超声波发生器的参数，根据不同金属材料敏感的电流参数来调整电脉冲发生器的参数，并根据金属工件的强化面积与路径以及有无特定强化区域来编写驱动控制器的控制程序；
22.s6、启动超声波发生器、电脉冲发生器和驱动控制器，超声喷丸系统从初始工作位置开始沿着设定的轨迹移动，同时对金属工件进行喷丸处理，实现对金属工件的大范围连续喷丸处理，若有特定区域需要加强强化，则在该区域暂停运动，强化一定时间再继续沿着设定轨迹运动；在超声波喷丸冲击强化的过程中，施加电脉冲处理可以很好地将金属材料软化，提高其塑性，使冲击强化的效果更好；
23.s7、超声波喷丸冲击强化完成后，关闭超声波发生器和驱动控制器，对金属工件继续施加电脉冲，用于调控金属材料强化之后的微观组织和残余应力，并且使冲击强化过程中的微裂纹愈合。
24.本发明的有益效果在于：
25.1、本发明为超声波喷丸系统设计了驱动系统，使超声波喷丸系统能够在平行于待加工试件的水平面上自由运动，只需要将待强化金属材料固定，让超声冲击系统贴合其强化表面，即可在一次喷丸过程中实现金属材料的大面积连续强化，强化效率大大提高，并且可以根据强化需求，通过电机控制器规划强化路径与特定强化区域，有很大的自主性；同时驱动系统可以调节喷丸腔顶端与变幅杆工作端面的相对距离，实现喷丸距离的任意调节，来达到调节喷丸强度的目的。
26.2、本发明在超声喷丸冲击的过程之中和之后引入电脉冲处理，它能在短时间内产生热量迅速加热材料使材料软化，并使材料内部产生大量的漂移电子，来推动位错运动，在外部成形力的作用下使位错发生滑移，使材料的成型极限提高，这都有助于超声冲击强化效果的提升；其次，脉冲电流能够对材料变形过程中产生的微裂纹等损伤进行修复和治愈，刚好能很好弥补超声冲击强化的缺点，并且还能提高强化的效果。
附图说明
27.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
28.图1是本发明电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置的整体结构示意图；
29.图2是图1所示装置的部分结构示意图；
30.图3是图1所示装置的喷丸腔处的结构剖视图。
31.图中：11、超声波发生器；12、换能器；13、变幅杆；14、工作端面；15、喷丸腔；
32.21、支撑底板；221、x向步进电机；222、x向高精度丝杆组件；231、y向步进电机；232、y向高精度丝杆组件；241、z向步进电机；242、z向高精度丝杆组件；25、电机控制器；
261、第一连接板；262、第二连接板；27、直角支架；28、支撑肋板；29、设备固定装置；
33.31、电脉冲发生器；
34.41、空气压缩机；42、真空发生器；43、气管；44、吸盘组件；45、吸盘固定组件；
35.50、试验台架；51、支撑立柱；52、高度可调横梁；
36.60、工件。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
38.如图1-3所示，为本发明实施例提供的一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，包括超声波喷丸系统、驱动系统、电脉冲系统、工件吸附系统和试验台架。
39.试验台架50，包括支撑立柱51和高度可调横梁52，高度可调横梁52活动安装于支撑立柱51上，并能沿着支撑立柱51移动至设定位置后进行固定。
40.超声波喷丸系统，包括超声波发生器11、换能器12、变幅杆13、工作端面14和喷丸腔15，待处理工件60安装于喷丸腔15上方。其中，超声波发生器11不需要固定在试验台架50上，通过信号线与换能器12相连，超声波发生器11将220v或380v的交流电转换成超声频的电振荡信号，通过信号线传递至换能器12，换能器12将超声波发生器11传递而来的高频的电振荡信号再转化为高频的机械振动，变幅杆13与换能器12相连接，并将换能器12输出端的机械振动幅值进行放大，之后将变幅杆13放大后的机械振动传递至工作端面14，使工作端面14作高频小振幅的振动，最后由高频小振幅振动的工作端面14激励丸粒接连不断地撞击金属材料表面，实现表面的强化。
41.驱动系统，包括两两垂直布置的x向驱动组件、y向驱动组件、z向驱动组件，超声波喷丸系统的喷丸腔15安装于z向驱动组件上，通过z向驱动组件驱动喷丸腔15沿z向移动，超声波喷丸系统的其他部件与z向驱动组件均固定安装于y向驱动组件上，通过y向驱动组件驱动沿y向移动，y向驱动组件固定安装于x向驱动组件上，通过x向驱动组件驱动沿x向移动；驱动系统还包括驱动控制器，通过驱动控制器控制x向驱动组件和y向驱动组件，带动超声波喷丸系统沿规划路径在xy平面内移动以对工件60进行大范围连续的超声喷丸处理，并能在选定区域停止运动，来增强选定区域的喷丸强度；通过驱动控制器控制z向驱动组件，带动喷丸腔15沿z向移动以调节喷丸工作距离。
42.本实施例中，x向驱动组件包括x向步进电机221和x向高精度丝杆组件222，x向高精度丝杆组件222沿x向布置，并与x向步进电机221相连；y向驱动组件包括y向步进电机231和y向高精度丝杆组件232，y向高精度丝杆组件232沿y向布置，并与y向步进电机231相连；z向驱动组件包括z向步进电机241和z向高精度丝杆组件242，z向高精度丝杆组件242沿z向布置，并与z向步进电机241相连；驱动控制器为电机控制器25，电机控制器25分别与x向步进电机221、y向步进电机231、z向步进电机241电连接实现控制。每个高精度丝杆组件与对应的步进电机通过联轴器相连接，由步进电机来带动高精度丝杆组件运动。电机控制器25不固定在试验台架50内，通过电线与三个步进电机分别连接进行控制。通过电机控制器25控制三个步进电机，带动丝杆运动，从而使整个超声冲击系统能够在三个方向自由移动，电机控制器25还可以精密规划移动路径，来满足不同的连续强化要求。在其他实施例中，也可
以采用液压杆代替高精度丝杆组件，在此不做限定。
43.电脉冲系统，包括电脉冲发生器31、负极接头组件、正极接头组件。电脉冲发生器31不固定在试验台架50上，负极接头组件和正极接头组件分别与工件60两侧连接，将电脉冲发生器31的电脉冲能量引入工件60内，实现电脉冲辅助超声冲击强化金属。
44.工件60吸附系统，用于将待处理工件60吸附并固定于喷丸腔15上方。本实施例中，工件60吸附系统包括空气压缩机41、真空发生器42、气管43、吸盘组件44、吸盘固定组件45。空气压缩机41、真空发生器42和吸盘组件44通过气管43依次相连，空气压缩机41、真空发生器42不固定在试验台架50内，通过气管43传递气体压力至吸盘组件44，空气压缩机41产生正压力，通过气管43传递至真空发生器42，由真空发生器42将正压力转换为负压通过气管43传递至吸盘组件44，吸盘组件44就可以利用负压吸附固定金属材料。吸盘组件44安装于吸盘固定组件45上，吸盘固定组件45安装于试验台架50的高度可调横梁52上，以此来保持在超声喷丸系统的上方，试验台架50的高度可调横梁52可沿其支撑立柱51上下移动，使得吸盘固定组件45的z向位置能够配合喷丸腔15的z向移动进行手动调节。吸盘组件44需要根据实际工作距离进行调整，保证吸附工件60后，整个工件60待强化表面与喷丸腔15上表面紧密接触。在其他实施例中，空气压缩机41及真空发生器42可以替换为其他能提供真空气压的设备，比如真空泵。
45.进一步优化，本实施例中，装置还包括支撑底板21、第一连接板261和第二连接板262。支撑底板21是整个装置的底部支撑面，x向高精度丝杆组件222通过螺栓固定在支撑底板21上，支撑底板21固定安装于支撑立柱51的中下部。y向高精度丝杆组件232通过螺栓固定安装于第一连接板261上，第一连接板261固定安装于x向高精度丝杆组件222上。超声波喷丸系统(除超声波发生器11外)和z向高精度丝杆组件242均安装于第二连接板262上，第二连接板262固定安装于y向高精度丝杆组件232上，此时第二连接板262就可以通过x向高精度丝杆组件222与y向高精度丝杆组件232的运动来带动其在xy平面上自由移动。
46.进一步优化，本实施例中，装置还包括直角支架27、支撑肋板28和设备固定装置29。喷丸腔15固定在直角支架27上，直角支架27与z向高精度丝杆组件242连接，通过z向高精度丝杆组件242带动直角支架27和喷丸腔15运动，形成喷丸的工作空间，同时还能调整喷丸强化的工作距离。支撑肋板28分别连接z向驱动组件与第二连接板262，实现z向驱动组件的固定。设备固定装置29固定安装于第二连接板262上，换能器12安装于设备固定装置29上。
47.相应的，本发明还提出一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的方法，采用上述装置进行，包括以下步骤：
48.s1、通过控制驱动控制器，控制x向驱动组件、y向驱动组件、z向驱动组件调整超声喷丸系统的初始工作位置，以便于喷丸过程中能有更大的移动距离。对于本实施例来说，通过电机控制器25，控制x向步进电机221、y向步进电机231、z向步进电机241，分别驱动x向高精度丝杆组件222、y向高精度丝杆组件232、z向高精度丝杆组件242移动至远离步进电机的最远点，这样可以移动的距离更远。
49.s2、控制z向驱动组件，使固定在直角支架27上的喷丸腔15下降直至变幅杆13的工作端面14伸入喷丸腔15内，并与喷丸腔15上表面保持8～10mm的工作距离，工作距离根据待强化工件所需要的喷丸强度进行调整。由此形成一个上端开口的圆柱形空间，这便是喷丸
丸粒运动的空间，如图3所示。然后在工作端面14上放置一定数量的小球，大致铺满整个工作端面14，材质和大小根据待强化的工件60而调整。
50.s3、通过工件60吸附系统吸附平板状金属工件60，然后手动调整其位置使平板状金属工件60下表面与喷丸腔15上表面接触。具体而言，启动空气压缩机41，开启放气阀门，吸盘组件44产生真空吸力，将平板状金属工件60贴在吸盘组件44上即可吸附与固定，然后手动调整高度可调横梁52，使平板状金属工件60下表面与喷丸腔15上表面接触。
51.s4、将电脉冲系统的正极接头组件与负极接头组件分别夹在平板状金属工件60两侧。
52.s5、根据不同金属工件60所需要的喷丸强度调整超声波发生器11的参数，根据不同金属材料敏感的电流参数来调整电脉冲发生器31的参数，并根据金属工件60的强化需求，包括强化总面积和强化路径，以及有无特定强化区域，编写对应的驱动控制器移动程序。
53.s6、启动超声波发生器11、电脉冲发生器31和驱动控制器，超声喷丸系统从初始工作位置开始沿着设定的轨迹移动，同时对金属工件进行喷丸处理，实现对金属工件的大范围连续喷丸处理，如有特定区域需要加强强化，则在该区域暂停运动，强化一定时间再继续沿着设定轨迹运动。在超声波喷丸冲击强化的过程中，施加电脉冲处理可以很好地将金属材料软化，提高其塑性，使冲击强化的效果更好；
54.s7、超声波喷丸冲击强化完成后，关闭超声波发生器11和驱动控制器，对金属工件60继续施加电脉冲，可以很好地调控金属材料强化之后的微观组织和残余应力，并且使冲击强化过程中的微裂纹愈合。
55.本发明针对传统超声喷丸设备无法移动以及一次喷丸过程中强化面积较小的限制进行了优化，可以通过额外加入驱动系统即用步进电机驱动高精度丝杆组件带动整个超声喷丸设备在平行于金属材料表面的水平面上自由运动，并通过电机控制器来控制步进电机的运动，就可以做到一边移动一边冲击强化，大大提高了一次喷丸过程中可以强化的面积，显著增加了效率。同时，可以利用电机控制器进行编程控制，可以根据需要，编写喷丸装置的移动路径，并且可以在指定区域停止，来做到对应区域的强化。以此来高效实现大范围连续强化金属材料表面的目的。同时，针对于喷丸过程中可能产生的微小损伤，通过与电脉冲处理工艺的同步与异步复合，在超声冲击强化的过程之中和之后引入电脉冲处理，使得冲击强化的效果更好，并且还能促使微损伤愈合，电流的引入还能调控喷丸后的微观组织状态与残余应力水平。电脉冲处理工艺与超声冲击强化工艺的复合处理能很好的提高材料的耐硬度，疲劳寿命等机械性能。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
57.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，包括超声波喷丸系统，所述超声波喷丸系统包括超声波发生器、换能器、变幅杆和喷丸腔，待处理工件安装于喷丸腔上方；其特征在于，还包括驱动系统和电脉冲系统；所述驱动系统包括两两垂直布置的x向驱动组件、y向驱动组件、z向驱动组件，所述超声波喷丸系统的喷丸腔安装于所述z向驱动组件上，通过z向驱动组件驱动所述喷丸腔沿z向移动，超声波喷丸系统的其他部件与z向驱动组件均固定安装于所述y向驱动组件上，通过y向驱动组件驱动沿y向移动，y向驱动组件固定安装于所述x向驱动组件上，通过x向驱动组件驱动沿x向移动；驱动系统还包括驱动控制器，通过所述驱动控制器控制所述x向驱动组件和y向驱动组件，带动所述超声波喷丸系统沿规划路径在xy平面内移动以对所述工件进行大范围连续的超声喷丸处理，并能在特定区域停止运动，来增强特定区域的喷丸强度；通过所述驱动控制器控制所述z向驱动组件，带动所述喷丸腔沿z向移动以调节喷丸工作距离；所述电脉冲系统包括电脉冲发生器、负极接头组件、正极接头组件，所述负极接头组件和正极接头组件分别与所述工件两侧连接，将电脉冲发生器的电脉冲能量引入工件内，实现电脉冲辅助超声冲击强化金属。2.根据权利要求1所述的电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，其特征在于，所述x向驱动组件包括x向步进电机和x向高精度丝杆组件，所述x向高精度丝杆组件沿x向布置，并与所述x向步进电机相连；所述y向驱动组件包括y向步进电机和y向高精度丝杆组件，所述y向高精度丝杆组件沿y向布置，并与所述y向步进电机相连；所述z向驱动组件包括z向步进电机和z向高精度丝杆组件，所述z向高精度丝杆组件沿z向布置，并与所述z向步进电机相连；所述驱动控制器为电机控制器，所述电机控制器分别与x向步进电机、y向步进电机、z向步进电机电连接实现控制。3.根据权利要求2所述的电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，其特征在于，各高精度丝杆组件与其对应的步进电机通过联轴器相连。4.根据权利要求1或2所述的电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，其特征在于，所述装置还包括支撑底板、第一连接板和第二连接板；所述x向驱动组件固定安装于所述支撑底板上；所述y向驱动组件固定安装于所述第一连接板上，所述第一连接板固定安装于所述x向驱动组件上；所述超声波喷丸系统和z向驱动组件安装于所述第二连接板上，所述第二连接板固定安装于所述y向驱动组件上。5.根据权利要求4所述的电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，其特征在于，所述装置还包括直角支架、支撑肋板和设备固定装置；所述喷丸腔固定在直角支架上，直角支架与z向驱动组件连接；所述支撑肋板分别连接所述z向驱动组件与第二连接板，实现z向驱动组件的固定；所述设备固定装置固定安装于第二连接板上，所述换能器安装于设备固定装置上。6.根据权利要求1所述的电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，其特征在于，所述装置还包括工件吸附系统，所述工件吸附系统包括空气压缩机、真空发生器、气管、吸盘组件、吸盘固定组件；所述空气压缩机、真空发生器和吸盘组件通过所述气管依次相连，所述吸盘组件安装于吸盘固定组件上，所述吸盘固定组件安装于试验台架上，且吸盘固定组件的z向位置能够配合所述喷丸腔的z向移动进行手动调节。
7.根据权利要求6所述的电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，其特征在于，所述试验台架包括支撑立柱和高度可调横梁，所述高度可调横梁活动安装于所述支撑立柱上，并能沿着支撑立柱移动至设定位置后进行固定；所述吸盘固定组件安装于所述高度可调横梁上。8.根据权利要求7所述的电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，其特征在于，所述超声波发生器、驱动控制器、电脉冲发生器、空气压缩机均设置于所述试验台架外部。9.一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的方法，其特征在于，采用权利要求1任一项所述的装置进行，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过控制驱动控制器，控制x向驱动组件、y向驱动组件、z向驱动组件调整超声喷丸系统的初始工作位置，以便于喷丸过程中能有更大的移动距离；s2、控制z向驱动组件，使喷丸腔下降直至变幅杆的工作端面伸入喷丸腔内，并与喷丸腔上表面保持设定的工作距离，然后在工作端面上放置小球铺满整个工作端面；s3、通过工件吸附系统吸附平板状金属工件，然后手动调整其位置使平板状金属工件下表面与喷丸腔上表面接触；s4、将电脉冲系统的正极接头组件与负极接头组件分别夹在平板状金属工件两侧；s5、根据不同金属工件所需要的喷丸强度调整超声波发生器的参数，根据不同金属材料敏感的电流参数来调整电脉冲发生器的参数，并根据金属工件的强化面积与路径以及有无特定强化区域来编写驱动控制器的控制程序；s6、启动超声波发生器、电脉冲发生器和驱动控制器，超声喷丸系统从初始工作位置开始沿着设定的轨迹移动，同时对金属工件进行喷丸处理，实现对金属工件的大范围连续喷丸处理，若有特定区域需要加强强化，则在该区域暂停运动，强化一定时间再继续沿着设定轨迹运动；在超声波喷丸冲击强化的过程中，施加电脉冲处理可以很好地将金属材料软化，提高其塑性，使冲击强化的效果更好；s7、超声波喷丸冲击强化完成后，关闭超声波发生器和驱动控制器，对金属工件继续施加电脉冲，用于调控金属材料强化之后的微观组织和残余应力，并且使冲击强化过程中的微裂纹愈合。

技术总结
本发明涉及一种电脉冲辅助超声大范围连续冲击金属材料的装置，包括超声波喷丸系统、驱动系统和电脉冲系统；驱动系统包括X向、Y向、Z向驱动组件和驱动控制器，喷丸腔安装于Z向驱动组件上，超声波喷丸系统的其他部件与Z向驱动组件固定于Y向驱动组件上，Y向驱动组件固定于X向驱动组件上；通过驱动控制器控制X、Y向驱动组件，带动超声波喷丸系统沿规划路径在XY平面内移动以对工件进行大范围连续的超声喷丸处理，并能在特定区域停止运动来增强喷丸强度；通过控制Z向驱动组件，带动喷丸腔沿Z向移动以调节喷丸距离；电脉冲系统用于实现电脉冲辅助超声冲击强化金属。本发明可实现一次喷丸过程中大范围的强化效果，提高了强化效率。提高了强化效率。提高了强化效率。


技术研发人员：尹飞 杨腾 华林
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/19