全文摘要
本实用新型提供一种辅助激光熔覆的超声冲击装置，该超声冲击装置包括超声振动发生器、连接电缆、超声发射头、夹具、同步伺服电机，超声振动发生器通过连接电缆与超声发射头相连接，夹具将超声发射头固定于同步伺服电机上，超声发射头包括换能器、变幅杆、连接轴，换能器与变幅杆相连接，连接轴位于变幅杆的底部，超声发射头还包括圆形振子，在圆形振子上开设有通孔，连接轴穿过通孔将圆形振子固定在连接轴的中部。圆形振子对于熔覆层表面进行超声冲击加工，有利于改善熔覆层的残余应力分布，可以获得晶粒细化，残余压应力分布均匀和表面粗糙度值低的熔覆层，提高了熔覆层表面成形精度。
主设计要求
1.一种辅助激光熔覆的超声冲击装置，包括超声振动发生器、连接电缆、超声发射头、夹具、同步伺服电机，所述超声振动发生器通过所述连接电缆与所述超声发射头相连接，所述夹具将所述超声发射头固定于所述同步伺服电机上，所述超声发射头包括换能器、变幅杆、连接轴，所述换能器与所述变幅杆相连接，所述连接轴位于所述变幅杆的底部，其特征在于：所述超声发射头还包括圆形振子，在所述圆形振子上开设有通孔，所述连接轴穿过所述通孔将所述圆形振子固定在所述连接轴上。
设计方案
1.一种辅助激光熔覆的超声冲击装置，包括超声振动发生器、连接电缆、超声发射头、夹具、同步伺服电机，所述超声振动发生器通过所述连接电缆与所述超声发射头相连接，所述夹具将所述超声发射头固定于所述同步伺服电机上，所述超声发射头包括换能器、变幅杆、连接轴，所述换能器与所述变幅杆相连接，所述连接轴位于所述变幅杆的底部，其特征在于：
所述超声发射头还包括圆形振子，在所述圆形振子上开设有通孔，所述连接轴穿过所述通孔将所述圆形振子固定在所述连接轴上。
2.根据权利要求1所述的超声冲击装置，其特征在于：
所述换能器为压电陶瓷换能器。
3.根据权利要求1所述的超声冲击装置，其特征在于：
所述变幅杆的数量为两根，两根所述变幅杆对称设置在圆形振子沿轴向的两端，所述连接轴依次穿过两根所述变幅杆的远离所述换能器的一端。
4.根据权利要求3所述的超声冲击装置，其特征在于：
所述换能器数量为两个，两个所述换能器与两根所述变幅杆一一对应地设置，所述换能器的第一端与所述连接电缆相连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的超声冲击装置，其特征在于：
在所述夹具与所述变幅杆之间设置有橡胶垫。
6.根据权利要求1至4任一项所述的超声冲击装置，其特征在于：
在所述连接轴的轴向上，所述圆形振子固定在所述连接轴的中部。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及超声波技术领域，主要涉及一种辅助激光熔覆的超声冲击装置。
背景技术
超声冲击是一种新型的超声表面强化技术，超声冲击使工件接触表面产生一定厚度的压缩塑性变形层，起到细化晶粒尺寸作用；压缩变形层导致残余应力重新分布，将残余拉应力转变为压应力，起到改善工件表面残余应力的作用；超声冲击可以显著降低表面粗糙度，提高表面硬度和耐磨性能。超声振动设备操作设备简单灵活，适合用来辅助激光熔覆。
超声冲击辅助激光熔覆，兼具激光熔覆的效率高，热输入小，变形小等优点，又能借助超声改善工件表面残余应力分布，降低熔覆层的裂纹倾向，提升熔覆层性能。
实际应用中，激光熔覆过程同步进行超声冲击强化熔覆层表面，还存在一些问题。振子相对工件运动时，由于相互作用而产生干扰力，振子并不能很好接触工件表面，导致超声冲击传递受阻，超声对于熔覆层的改善效果大为削弱。振子长时间与工件接触摩擦，磨损将会很严重；并且振子长时间接触高温激光熔覆层，影响振子使用寿命，易损坏振子。对大型工件，手持超声振动冲击工作量很大，人工使用效率较低，需设计替代装置。
实用新型内容
本实用新型的第一目的是提供一种用于辅助激光熔覆的超声冲击装置。
为了实现上述的第一目的，本实用新型提供的超声冲击装置包括超声振动发生器、连接电缆、超声发射头、夹具、同步伺服电机，超声振动发生器通过连接电缆与超声发射头相连接，夹具将超声发射头固定于同步伺服电机上，超声发射头包括换能器、变幅杆、连接轴，换能器与变幅杆相连接，连接轴位于变幅杆的底部，超声发射头还包括圆形振子，在圆形振子上开设有通孔，连接轴穿过通孔将圆形振子固定在连接轴上。
优选地，换能器为压电陶瓷换能器。
在上述方案中，超声振动发生器生成超声波信号，并将超声波信号转化为电信号，通过连接电缆将电信号传输给换能器，换能器为压电陶瓷换能器。压电陶瓷是一种对于光、电非常敏感的陶瓷，根据压电陶瓷的逆压电效应，高频率的超声波信号转化为高频电信号，压电陶瓷换能器受到高频电信号的激励产生高频率的机械振动。压电陶瓷换能器产生高频率的机械振动推动圆形振子产生机械振动，圆形振子对于熔覆层进行冲击处理。
进一步的方案是，变幅杆的数量为两根，两根变幅杆对称设置在圆形振子沿轴向的两端，连接轴依次穿过两根变幅杆的远离换能器的一端。
更进一步的方案是，换能器数量为两个，两个换能器与两根变幅杆一一对应地设置，换能器的第一端与连接电缆相连接，换能器的第二端与对应的变幅杆连接形成一个整体。
在上述方案中，圆形振子绕连接轴旋转，连接轴即为圆形振子的转轴。变幅杆起到增大超声波振幅的作用，两个性能参数相同的变幅杆分别作用在圆形振子转轴两侧，将换能器产生的超声振动进行放大，再将经过放大后的超声振动传递给圆形振子，带动圆形振子进行振动。
更进一步的方案是，在夹具与变幅杆之间设置有橡胶垫。
在上述方案中，在圆形振子对于熔覆层进行精加工的过程中，由于待加工工件处于高速旋转状态，高速旋转的待加工工件的熔覆面会对圆形振子产生冲击，在夹具与变幅杆之间设置橡胶垫可以减缓变幅杆对于夹具的冲击。
更进一步的方案是，在连接轴的轴向上，圆形振子固定在连接轴的中部。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2是本实用新型实施例超声发射头的结构示意图。
图3是本实用新型实施例工作过程示意图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型提供的用于辅助激光熔覆的超声冲击装置包括超声振动发生器1、连接电缆2、超声发射头3、夹具4、同步伺服电机，超声振动发生器1通过连接电缆2与超声发射头3相连接，夹具4将超声发射头3固定于同步伺服电机上，超声发射头3包括换能器31、变幅杆32、连接轴33，换能器31与变幅杆32相连接，连接轴33位于变幅杆32的底部，超声发射头3还包括圆形振子34，在圆形振子34上开设有通孔，连接轴33穿过通孔将圆形振子34固定在连接轴33的中部。换能器31和变幅杆32的数量均为两个，两个换能器31与两根变幅杆32一一对应地设置，换能器31的第一端与连接电缆2相连接，换能器31的第二端与对应的变幅杆32连接形成一个整体。两根变幅杆32对称设置在圆形振子34沿轴向的两端，连接轴33依次穿过两根变幅杆32的底端。
在本实施例中，超声振动发生器1生成超声波信号，并将超声波信号转化为电信号，通过连接电缆2将电信号传输给换能器31，换能器31为压电陶瓷换能器。压电陶瓷是一种对于光、电非常敏感的陶瓷，根据压电陶瓷的逆压电效应，高频率的超声振动信号转化为高频电信号，压电陶瓷换能器受到高频电信号的激励产生高频率的机械振动。压电陶瓷换能器31产生高频率的机械振动推动圆形振子34产生机械振动，圆形振子34对于熔覆层进行冲击处理。圆形振子34绕连接轴33旋转，连接轴33即为圆形振子34的转轴。变幅杆32起到增大超声波振幅的作用，两个性能参数相同的变幅杆32分别作用在圆形振子34转轴两侧，将换能器31产生的超声振动进行放大，再将经过放大后的超声振动传递给圆形振子34。
在本实施例中，超声振动发生器1生成的超声波信号的参数范围为：超声波功率在800-2000W之间，振幅在5-30um之间，超声波频率在20KHz-29KHz之间。
参见图3，在本实施例中，将待加工工件7固定在工作台6上，移动激光熔覆头5至熔覆起点。超声发射头3固定在同步伺服电机上。激光熔覆头5和同步伺服电机的运动均由控制台统一控制。在激光熔覆头5上设置激光熔覆参数，具体的激光熔覆参数为激光功率1500W，光斑尺寸2mm，扫描速度360mm\/min，搭接率30％。当然，根据待加工工件7的种类不同，选取的激光熔覆参数也不同。调整圆形振子34的位置，让圆形振子34固定在激光熔覆头5沿激光熔覆头5前进方向的后方，让圆形振子34与激光熔覆头5沿同一轨迹进行同步运动。在圆形振子34上施加100N的压力让圆形振子34与待加工工件7的表面紧密接触，在超声振动发生器1上设置超声波信号功能参数，例如：超声波功率1200W，振动幅度10um，超声频率28KHz。然后启动激光熔覆头5，对于待加工工件7的表面进行熔覆加工，同时打开超声振动发生器1，激光熔覆加工过程结束后，不能立即关闭超声振动发生器1，等到圆形振子34完成对于熔覆层的超声冲击加工以后，再关闭超声振动发生器1。
在本实施例中，在夹具4与变幅杆32之间设置有橡胶垫。在圆形振子34对于熔覆层进行精加工的过程中，由于待加工工件7处于高速旋转状态，高速旋转的待加工工件7的熔覆面会对圆形振子34产生冲击，橡胶垫可以减缓变幅杆32对于夹具4的冲击。
在本实施例中，采用圆形振子34对于熔覆层表面进行超声冲击加工，可以适应不同结构的待加工工件7的熔覆层表面的超声冲击加工。圆形振子34与熔覆层表面的接触为滚动接触，减小了热量损失，并且圆形振子34的表面积大，利于散热，延长了圆形振子34的使用寿命。圆形振子34对于熔覆层表面进行超声冲击加工，有利于改善熔覆层的残余应力分布，可以获得晶粒细化，残余压应力分布均匀和表面粗糙度值低的熔覆层，提高了熔覆层表面成形精度。经过圆形振子34精加工过后的熔覆层表面可以更好地满足对于表面质量和尺寸精度的要求。
尽管结合本实施例和优选方案展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上均可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920073636.7
申请日:2019-01-15
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:44(广东)
授权编号:CN209537630U
授权时间:20191025
主分类号:C23C 24/10
专利分类号:C23C24/10;C21D10/00
范畴分类:25F;
申请人:广东省海洋工程装备技术研究所
第一申请人:广东省海洋工程装备技术研究所
申请人地址:519005 广东省珠海市平沙镇平东路2233号国家船舶及海洋工程装备材料质量监督检验中心检测主楼四楼
发明人:赵龙海;张理;蒋晓明;郭震;盘翠林;阮一扬;吴志华
第一发明人:赵龙海
当前权利人:广东省海洋工程装备技术研究所
代理人:林永协
代理机构:44262
代理机构编号:珠海智专专利商标代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：压电陶瓷论文; 超声波发生器论文; 机械振动论文; 超声加工论文; 超声波换能器论文; 振动频率论文; 激光熔覆论文; 夹具论文;