超声波应力消除装置的制作方法

1.本实用新型属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种超声波应力消除装置。


背景技术：

2.金属材料在生产、制造、热处理、机加工过程中往往会产生残余应力，使零件产生变形，影响构建尺寸、性能。时效处理可以消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。
3.目前，时效处理方式包括四种：自然时效、热时效、振动时效和超声波冲击时效。其中，超声波冲击时效为目前最新的应力消除方法，其技术路线与本发明最为接近，如申请号为cn200810162683.5的中国发明专利“一种用于焊缝应力消除的高效超声波冲击头”所公开的，此方法主要用于焊接构件的焊缝处局部应力的处理，无法对整个构件的内部应力进行消除。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、能够有效消除整个构件内部应力的超声波应力消除装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：超声波应力消除装置，包括底座，所述底座上固定安装有工件夹持座，所述工件夹持座上安装有弹性材料制作的柔性支撑架，所述柔性支撑架上安装工件夹持机构；所述底座上滑动安装有可向工件方向移动的超声冲击支座，所述超声冲击支座上安装有超声冲击头夹持机构，所述超声冲击头夹持机构上固定安装超声冲击头；所述超声冲击支座与所述底座之间设置有滑移调节结构。
6.作为优选的技术方案，所述工件夹持机构包括固定安装于所述柔性支撑架上的下抱箍，所述下抱箍与上抱箍可拆卸连接。
7.作为优选的技术方案，所述超声冲击头夹持机构包括所述超声冲击支座上设置的下安装槽以及与所述下安装槽配合的上夹持箍，所述上夹持箍与超声冲击支座可拆卸连接。
8.作为优选的技术方案，所述超声冲击头包括超声波换能器，所述超声波换能器连接超声波变幅杆。
9.作为优选的技术方案，所述滑移调节结构包括所述超声冲击支座上开设的螺纹孔，所述螺纹孔内安装有调节螺杆。
10.作为优选的技术方案，所述工件夹持座上开设有通孔，所述调节螺杆的端部穿过所述通孔且连接有挡块。
11.作为优选的技术方案，所述底座上位于所述工件夹持机构的一侧安装有测振仪。
12.由于采用了上述技术方案，本实用新型具有至少以下有益效果：
13.（1）通过调整超声冲击支座，可调整超声冲击头和工件之间的距离，使超声波变幅杆和工件之间的距离调整在振幅的一半或紧密接触并有一定预紧力，根据耦合情况，实现
变幅杆与工件高阶模态的共振，工件内部波节处会产生周期性的交变应力，在此交变应力和工件内部残余应力共同作用下，内部合力超过材料的屈服极限，晶格发生变形，工件的表面物理性能得到改善。
14.（2）工件（精密件、较小件，共振频率较高）通过工件夹持机构固定，并且通过柔性支撑架和工件夹持座保证与变幅杆中心处于同一水平面上，柔性支撑架可以起到吸收振动能量的作用，防止对工件共振积累造成损伤。
附图说明
15.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
16.图1是本实用新型实施例未安装超声冲击头和工件时的结构示意图；
17.图2是本实用新型实施例安装有超声冲击头和工件时的结构示意图。
18.图中：1-底座；2-工件夹持座；3-柔性支撑架；4-工件夹持机构；41-下抱箍；42-上抱箍；5-超声冲击支座；6-超声冲击头夹持机构；61-下安装槽；62-上夹持箍；7-超声冲击头；71-超声波换能器；72-超声波变幅杆；8-滑移调节结构；81-调节螺杆；82-挡块；9-工件；10-测振仪。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
20.如图1和图2所示，超声波应力消除装置，包括底座1，本实施例中底座1直接设置为两根滑轨；所述底座1上固定安装有工件夹持座2，所述工件夹持座2上安装有柔性支撑架3，柔性支撑架3采用橡胶等弹性材料制作，所述柔性支撑架3上安装工件夹持机构4；所述底座1上滑动安装有可向工件9方向移动的超声冲击支座5，所述超声冲击支座5上安装有超声冲击头夹持机构6，所述超声冲击头夹持机构6上固定安装超声冲击头7；所述超声冲击支座5与所述底座1之间设置有滑移调节结构8，通过滑移调节结构8可以驱动超声冲击支座5沿着滑轨左右移动，从而调节超声冲击支座5与工件夹持座2之间的相对距离。
21.本实施例中，所述工件夹持机构4包括下抱箍41与上抱箍42，下抱箍41固定安装于所述柔性支撑架3上，所述下抱箍41与上抱箍42通过螺钉可拆卸连接。
22.本实施例中，所述超声冲击头夹持机构6包括所述超声冲击支座5上设置的下安装槽61以及与所述下安装槽61配合的上夹持箍62，所述上夹持箍62与超声冲击支座5通过螺钉可拆卸连接。
23.参考图2，所述超声冲击头7包括超声波换能器71，所述超声波换能器71连接超声波变幅杆72，换能器将20-50khz超声波能量转换为机械能后，变幅杆将机械振动的质点位移放大，振幅范围为10-100微米。工件9（精密件、较小件，共振频率较高）通过工件夹持机构4固定，并且通过柔性支撑架3和工件夹持座2保证与变幅杆中心处于同一水平面上，柔性支
撑架3可以起到吸收振动能量的作用，防止对工件共振积累造成损伤；
24.本实施例中，所述滑移调节结构8包括所述超声冲击支座5上开设的螺纹孔，所述螺纹孔内安装有调节螺杆81。为调节操作更加方便，所述工件夹持座2上开设有通孔，所述调节螺杆81的端部穿过所述通孔且连接有挡块82。通过调节螺杆81顺时针、逆时针的旋转，实现变幅杆与工件距离的调整，针对不同共振频率的工件起到最优的共振效果；当然，滑移调节结构8也可以采用其他常用调节方式实现超声冲击支座5的位移调整，其均应属于本实用新型的保护范围。
25.本实施例中，所述底座1上位于所述工件夹持机构4的一侧安装有测振仪10，可以随时测量工件的振动效果。
26.本实用新型的工作原理如下：通过调整超声冲击支座5，从而调整超声冲击头7和工件9之间的距离，使超声波变幅杆72和工件9之间的距离调整在振幅的一半或紧密接触并有一定预紧力。工作情况下，打开超声波电源，实现一个频率扫描的过程，根据振动的反馈情况，确定合适的振动时效频率，对输出的激振频率进行搜索，根据耦合情况，实现高阶模态的共振。共振频率控制在高于理想共振频率的5-10%，两者发生共振，工件内部波节处会产生周期性的交变应力，在此交变应力和工件内部残余应力共同作用下，内部合力超过材料的屈服极限，晶格发生变形，工件的表面物理性能得到改善。
27.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。