[发明专利]用于超声波冲击处理的振荡系统和工具

摘要

披露了用于超声波冲击处理机器和机构的构造、构造单元和部件的包括磁致伸缩换能器、振荡系统和工具的设备。本发明提供受工作表面上的静态的、动态的和冲击负载的同时的作用影响的磁致伸缩换能器、振荡系统和它们的部件、工具和它们的零件的高可靠性，本发明还提供在小规模、全规模和大规模生产的条件下的其特性的高稳定性和可互换性。本发明还包括使用上面的实现和制造技术的新的方法的设计解决方案。

主权项

1.用于超声波冲击处理的工具，该工具提供在准静态的和动态的负载变化的范围内的稳定的振荡条件和振荡模式，和在被处理的材料的限制的性质的水平的表面的有效的塑性变形期间的工具的振荡系统的可靠的、一致的和稳定的操作，该工具包括：磁致伸缩芯部或压电有效的材料的任何其它有效的元件，具有耦合的振荡速度的转换器和/或具有零轴环的集中器，其一起包括定位在换能器壳体内的磁致伸缩或压电有效的换能器；作为振荡速度的转换器的波导，和/或集中器，通过所述换能器的所述振荡速度的转换器接附到所述换能器；至少一个压头，定位在引导通道内并且具有轴向的自由度和尺度，以允许将超声波应力波传递到被处理的材料内，并且从被处理的材料的工具回弹，参数足够用于所述被处理的材料的有效的塑性变形和作用性质；销保持件，定位在所述工具的头内，具有用于所述至少一个压头的至少一个引导通道；将所述至少一个压头固定在所述销保持件内的保持器板，所述保持器板定位在所述销保持件的顶端处的槽内；工具主体；及定位在所述换能器在其中的工具壳体内的换能器冷却壳体，其中，所述工具提供至少一个工程解决方案，其中，所述至少一个工程解决方案包括以下至少一个：-通过优化迭层结构和所述换能器的芯部内的直角的孔的纵向的和横向的尺度之间的关系，并且还具有通过以下改变的集中器构造，(1)负载阻抗从大约3到大约500欧姆，(2)Q因数从大约5到大约400，(3)机械位移幅度达到大约100微米，(4)静态的负载达到屈服强度，(5)动态的负载达到最终强度和/或(6)可变的应力达到振荡系统部件的所述材料的疲劳极限，实现在预先确定的时段期间在振荡系统磁致伸缩换能器-振荡速度转换器-被处理的单元的负载阻抗和Q因数的改变的范围内对预先确定的振荡模式的振荡系统稳定性，-通过根据所述被处理的材料的性质选择所述至少一个压头的长度和直径，和工作表面的一个或多个半径，以对于根据通过完全表面覆盖的被处理的单元的预先确定的处理能力设定的时间单元提供直径或至少一个尺度改变达到接近压头直径的值的具有最大体积的凹入的塑性变形，实现在超声波冲击期间包括作为与所述表面上的塑性变形工作成比例的标准并且在预先确定的深度的通过从或不从所述被处理的材料的撤回的所述至少一个压头的超声波冲击的超声波冲击的有效时间长度的增加，-由于对集中器-压头耦合的控制实现对减小到冲击点的质量的增加，由于不受控的压头回弹的最小化实现对于被处理的细节的表面条件的高要求的表面处理条件的优化，-确保当在负载下操作时所述工具内部和出口处的软管和线缆的防纽结位置，-通过具有工作的二半径楔形表面的所述至少一个压头，实现确保大约0.2m/min和更大的预先确定的处理能力，以产生足够用于增加大约5倍和更大的负责其寿命的区域上的工件疲劳抵抗力的焊趾上的凹槽、凹槽粗糙度和残留应力，其中，较小的压头半径产生凹槽截面内的趾表面半径，并且较大的压头半径产生表面粗糙度和根据所述较小的半径引起的残留应力的水平，-当在芯部加热和冷却期间在适合芯部材料结构的相转移的温度范围内退火时，通过产生定向的磁场和通过场导致的畴极化，实现增加芯部磁致伸缩系数大于10×10-6并且磁致伸缩分散小于5％，-进行或未进行热处理的具有5％或更小的振荡系统电声特性的分散的达到在由铁钴合金制造的磁致伸缩芯部和由钛或铝合金或钢制造的集中器之间的铜焊合金的强度水平的接合处的可靠性，由于在真空或惰性气体铜焊期间使用铜焊合金实现，足够在2mm或更小的高度在短的时段期间获得的惰性气体铜焊期间通过熔化的铜焊合金湿润作业表面，并且批内的表面性质的分散为大约5％，-通过定中心芯部和所述集中器在等于或小于振荡系统生产的可接受的准确度的容许量的一半的其未对准的轴线，对于在纵向的振荡的高幅度作用下发生的侧向模式增加振荡系统稳定性，-通过在具有通过谐振有效的换能器的超声波振荡激活的通过浸泡的换能器的通过谐振有效的换能器激励的稳定的超声波场的聚合物化合物内的芯部浸渍，实现对于在超声波场内的芯部的限制的超声波位移的作用下发生的的侧向模式的磁致伸缩换能器稳定性，浸渍的增加和浸渍剂聚合率的增加，-通过具有提供通过垂直于波导曲线的几何的轴线的相等的相位的表面的正常的波分布的构造的波导，以对于预先确定的振荡模式的波导稳定性处理难以到达的区域，并且波长和波导谐振尺度相对于曲线或空间定向的轴线限定，-提供在固定的位置的振荡系统，以防止在处理期间相对于所述工具主体的旋转，-通过在没有任何变形或施加的力的情况下安装在矩形的座内的O形橡胶或弹性体的环，实现对在2atm和更高的冷却液体的压力的围绕所述零轴环的在所述换能器壳体内的泄漏和密封故障的抵抗力，所述矩形的座等于所述橡胶或弹性体的环的截面面积，并且通过压填充有所述橡胶环的材料，-通过经由其中具有弹性的密封材料的圆锥形的分开的衬套径向压，实现在2atm和更大的冷却液体的压力的输出密封组件内的泄漏和密封故障的抵抗力，-通过防止在任何可能的工具空间位置内的所述换能器壳体内的气塞发生的设计保护，确保在高的静态和动态负载下在任何功率的所述换能器的有效的液体冷却，所述设计保护通过根据任务规定负责馈送和撤回冷却液体的工具部件来提供，特别是依靠在冷却液体的入口和出口处的管的不同的长度，-通过在冲击和振荡下防止自放松和泄漏的设备实现换能器在所述换能器壳体内可靠地安装到节的轴环，-通过用于任何空间位置实现的所述工具的通用性和可获得性，其中，所述工具具有两个把手：(1)力沿所述工具传递的前面的把手，和(2)所述工具主体上的侧面的把手，-通过由热弹性的材料制造的弹性体的保持器板，实现在伴有在冲击期间其的密集的振荡的处理期间沿所述销保持件的引导通道内的振荡系统轴线固定所述至少一个压头，和-通过表面硬化和热机械加强，实现具有在第一次波导重新加工之前在达到70微米的工作顶端幅度的100小时和更长的连续操作的工作能力的波导输出工作顶端。