[发明专利]一种深孔V型超声喷丸装置

说明书

本发明的深孔V型超声喷丸装置，具有第一换能器和第二换能器，第一换能器和第二换能器的主体部分通过换能器连接件连接，第一换能器和第二换能器的轴线夹角为90度，第一换能器和第二换能器结构相同，第一换能器和第二换能器前部具有变幅杆，连个变幅杆的端部通过连接块连接，连接块上连接有细长工具头，细长工具头的轴线与第一换能器和第二换能器的轴线正交，细长工具头的前端设置有喷丸部，喷丸部具有环槽，环槽与深孔的孔内壁形成喷丸腔。本发明能够实现对深孔内壁全周向的均匀喷丸强化，有效提高超声喷丸强化的效率，效果显著，可广泛应用于各种金属深孔的表面强化。

技术领域

本发明涉及金属表面喷丸强化领域，尤其涉及一种深孔V型超声喷丸装置。

背景技术

随着我国经济发展与国防发展的需要，许多金属零部件要求在高温、高压和高速等条件下使用，其承受的交变应力也越来越高，疲劳断裂问题日益突出，而设备构件中连接孔处常常成为疲劳失效的关键部位。研究发现孔壁大量潜在的裂纹是导致构件疲劳破坏的主因。除了连接孔，为了实现特定的机械功能，越来越多的深孔出现在航空、航天和航海领域的一些设备中，如船用柴油机的轴向油孔、油缸孔、液压阀孔和空心主轴孔等。迄今为止，深孔在机械制造中占比超过40％。由于工艺限制的原因，有些孔的被加工材料的切削性能较差，同时，深孔的加工有其自身的特殊性，具有不可观测性、排屑难、油温高等特性。

因此，孔表面质量很难达到理想的效果，故后期表面强化处理尤为重要。由于几何尺寸的限制，传统喷砂、喷丸工艺，激光喷丸工艺和空化喷丸工艺都无法对深孔进行表面强化。但是，超声喷丸工艺具有很多优点：如残余压应力层深、粉尘和噪音污染小、设备简单、功耗低、工艺参数可控、表面形成纳米晶粒等。超声喷丸已经广泛应用于平面或者大曲率表面零件，如蒙皮，曲轴等，但无对深孔的喷丸处理，严重限制了其在工程上的应用。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种基于V型换能器的超声喷丸装置及深孔表面强化方法，本发明能够实现对深孔内壁全周向的均匀喷丸强化，有效提高超声喷丸强化的效率，效果显著，可广泛应用于各种金属深孔的表面强化。

本发明所采用的具体技术方案是：一种深孔V型超声喷丸装置，具有第一换能器和第二换能器，所述第一换能器和第二换能器的主体部分通过换能器连接件连接，所述第一换能器和第二换能器的轴线夹角为90度，所述第一换能器和第二换能器结构相同，所述第一换能器和第二换能器前部具有变幅杆，所述连个变幅杆的端部通过连接块连接，所述连接块上连接有细长工具头，所述细长工具头的轴线与所述第一换能器和第二换能器的轴线正交，所述细长工具头的前端设置有喷丸部，所述喷丸部具有环槽，所述环槽与深孔的孔内壁形成喷丸腔。

进一步地，所述第一换能器施加第一简谐电压信号，所述第二换能器施加第二简谐电压信号，所述第一简谐电压信号与第二简谐电压信号相位差为π/2，细长工具头头产生n(n≥0，n为整数)阶弯曲振动模态，弯振正交后实现细长工具头绕轴线做微幅绕动。

进一步地，所述第一换能器和第二换能器的工作频率大于等于20kHz。

进一步地，所述细长工具头具有杆本体，所述喷丸部设置在杆本体的端部，所述喷丸部的环槽由上法兰、杆头段和下法兰构成，所述杆头段的直径小于所述上法兰和下法兰的直径。

进一步地，所述喷丸部与所述杆本体之间可拆卸的连接。

进一步地，所述杆本体的两端设置有螺纹部，所述连接块为矩形块，所述矩形块相邻的三个面上分别设置有螺纹孔。

进一步地，所述喷丸部的上法兰和下法兰与孔内壁之间具有间隙。

进一步地，所述换能器连接件包括水平段以及设置在水平段两侧的倾斜段，所述倾斜段用于安装所述第一换能器和第二换能器。

一种深孔表面强化方法，使用的是前述的深孔V型超声喷丸装置，步骤为：

S:根据不同的孔径和孔深选择不同的尺寸的喷丸工具头；