[发明专利]一种温度辅助超声喷丸装置及方法

说明书

本发明公开了一种温度辅助超声喷丸装置及方法，属于材料表面处理技术领域，能够实现不同温度下的超声喷丸处理，同时保证喷丸均匀度，装置包括加热部、超声施振部和喷丸筒，加热部连接往复运动机构以接近或远离喷丸筒，加热部用于加热的端面设有用于固定连接试件的第一板件，第一板件能够接近喷丸筒的顶面的开口处，超声施振部的施振端位于喷丸筒内，第一板件、施振端与喷丸筒配合形成容纳丸粒的空间。

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种温度辅助超声喷丸装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

超声喷丸是一种通过超声振动使超声工具头产生高频振动，在腔室内驱动丸粒撞击材料表面使其得到强化的技术。与普通喷丸相比，超声喷丸能够将高能量密度的超声波转化为机械能，超声喷丸的丸粒运动方向和速度都是随机分布的，材料的残余压应力更大，硬化层深度更深，疲劳强度显著提高。超声喷丸过程中涉及到的参数较少，可精确控制，喷丸后材料表面更易实现纳米化，且其工作设备体积小、能耗低，强化过程中噪声相对较小，因此已经成为材料表面强化技术发展的新方向。

现有技术中，对于超声喷丸技术，现有的公开技术文献公开了一种超声冲击喷丸装置，该装置包括冲击枪、冲击头、换能器、变幅杆，变幅杆连接在换能器上，换能器设置在冲击枪内，冲击头与冲击枪相连，冲击头内设有多个腔体，每个腔体可以容纳一个撞针，喷丸时变幅杆振动带动撞针在腔体内向外弹射，撞针的一部分伸出腔体对材料表面进行撞击，然后，撞针回弹并与变幅杆接触，撞针在材料与变幅杆之间反复弹射从而使材料产生纳米层达到强化效果。但是，发明人认为，其撞针在工作时分别与材料和变幅杆接触，材料对撞针产生的反作用力很大，会导致超声冲击喷丸装置寿命降低，且撞针的形状、尺寸与位置固定不变，喷丸的均匀度不高。现有的公开技术文献还公开了一种超声动能喷丸装置该装置，包括控制器、超声发生器、放大器、振动头、弹丸和喷丸腔。喷丸时，放大器将超声发生器发出的超声振动传递给工具头，工具头将超声波转化的机械能传递给弹丸，使弹丸在喷丸腔内自由撞击材料表面。喷丸腔由杆与弹簧组成，具有自适应性，可以适应不同形状的材料，从而提高喷丸效率。这种装置能够使弹丸自由的撞击材料的表面，提高了喷丸的均匀度。但是发明人认为，此装置只能在室温下进行喷丸处理，对于镁合金等室温下塑性较差的密排六方晶体结构金属材料来说，在合理的温度条件下才能获得更好的塑性变形能力和晶粒细化效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种温度辅助超声喷丸装置及方法，能够实现不同温度下的超声喷丸处理，同时保证喷丸均匀度。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种温度辅助超声喷丸装置，包括加热部、超声施振部和喷丸筒，加热部连接往复运动机构以接近或远离喷丸筒，加热部用于加热的端面设有用于固定连接试件的第一板件，第一板件能够接近喷丸筒的顶面的开口处，超声施振部的施振端位于喷丸筒内，第一板件、施振端与喷丸筒配合形成容纳丸粒的空间。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种温度辅助超声喷丸方法，使用如第一方面所述的温度辅助超声喷丸装置，将待喷丸处理的试件连接于第一板件之上，加热部用于加热的端面通过接触传热的方式对试件进行加热，往复运动机构控制加热部接近喷丸筒，超声施振部对喷丸筒施加振动，喷丸筒中的丸粒作用于试件；通过控制用于加热的端面的温度以实现试件在不同温度下进行超声喷丸处理。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明通过对材料施加温度，使材料在喷丸强化时处于高温状态下，从而改变超声喷丸只能在常温下进行的现状，针对不同材料的性质可以通过调整温度大小使其达到喷丸的最佳状态，而且针对某些材料可以通过调整温度使其达到热处理的效果，从而实现超声喷丸与热处理同时进行的目的，使材料的残余压应力更大，硬化层深度更深，扩大超声喷丸适用领域。