階梯型超聲沖擊針裝置及其應用制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了階梯型超聲沖擊針裝置及其應用，通過改變沖擊針的形狀，使沖擊針和槍口盡量發生剛性碰撞，達到避免以往帶稍沖擊針和沖擊針座槍口碰撞時產生較大摩擦力，以至于降低沖擊針速度。同時改變了沖擊針和沖擊針延長頭的碰撞方式，用點接觸代替面接觸，使碰撞時接觸面受力方向和沖擊針軸向一致，沖擊針不易發生偏轉，也可以提高超聲沖擊的效率和穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種超聲沖擊工具配件的使用，更加具體地說，涉及一種超聲沖擊消除某些材料表面或者焊接熱影響區應力的沖擊針，該沖擊針可以明顯提高超聲沖擊時的效率，產生更深的壓縮應力層，使材料的強度、耐腐蝕性和疲勞壽命得到明顯提高。
技術介紹
在焊接結構的加工過程中，由于焊接熱循環的作用，引起焊接接頭局部不均勻的熱塑性變形和相變，產生自相平衡的焊接殘余應力，使焊接接頭的使用性能降低，超聲沖擊通過改善焊接殘余應力的分布來改善其性能。由于該方法使用靈活、效率高，因此適用范圍廣，不僅可以應用于焊接結構的制造過程中，而且可以應用于安裝現場，是一種有效改善焊接接頭殘余應力的方法。超聲沖擊的原理是超聲振動發生器驅動沖擊針產生機械振動，沖擊針快速撞擊工件表面，引起工件表面得到強化并產生變形，從而達到使金屬表面產生一定深度的殘余壓應力層，使金屬零件的強度、耐腐蝕性和疲勞壽命得到明顯提高。而殘余應力層深度的大小主要取決于沖擊過程中沖擊針的撞擊速度。現有技術的沖擊針針頭大都設計成尾部帶梢的結構，一方面在其工作的過程中，沖擊針和沖擊針座槍口處發生碰撞，極大的降低沖擊針的沖擊速度；另外，尾部帶梢的結構在與換能器碰撞的過程中，由于受力的不均勻容易使沖擊針發生歪斜，這兩方面都會減小超聲沖擊所產生的應力層深度，對沖擊效果有明顯的影響。
技術實現思路
本專利技術目的在于克服現有技術的不足，提供一種階梯型超聲沖擊針裝置及其應用，通過改變沖擊針的形狀，使沖擊針`和槍口盡量發生剛性碰撞，達到避免以往帶稍沖擊針和沖擊針座槍口碰撞時產生較大摩擦力，以至于降低沖擊針速度。同時改變了沖擊針和沖擊針延長頭的碰撞方式，用點接觸代替面接觸，使碰撞時接觸面受力方向和沖擊針軸向一致，沖擊針不易發生偏轉，也可以提高超聲沖擊的效率和穩定性。本專利技術的目的通過下述技術方案予以實現:階梯型超聲沖擊針裝置，在沖擊針的造型上采用了階梯式的設計，以減小沖擊針和沖擊針座之間的摩擦，適用于超聲沖擊設備進行材料的成型，矯形以及表明處理，以提高沖擊效率，產生更深的壓應力層，提高材料的疲勞壽命。本專利技術的技術方案中采用尾圓頭型沖擊針，整體呈階梯型圓柱狀，取代了以前常用的帶稍形結構，其示意圖如圖4所示，所述沖擊針由直徑d的前部圓柱和直徑D的后部圓柱構成，其中所述前部圓柱的前端呈半球形，用于和加工部件的表面進行超聲沖擊接觸，所述后部圓柱的尾端呈半球形，用于和變幅桿端面或者沖擊針延長頭端面相接觸，以獲得進行超聲沖擊的能量，后部圓柱的直徑D略大于前部圓柱的直徑d。整體上看來呈兩個階梯形圓柱狀設計的沖擊針。一方面和變幅桿端面(或者沖擊針延長頭端面)碰撞時受力方向沿著沖擊針軸線方向，不會產生橫向分力；另一方面，沖擊針與孔的下方邊緣碰撞時不會摩擦。有利于處理過程中沖擊針沿著軸線方向穩定運動，提高撞擊速度。上述結構中，d〈D<1.3d，優選D為1.2d，d是前部圓柱的直徑，D是后部圓柱的直徑；0.1L彡I彡0.2L，優選I為0.2L，I是末端到階梯處的距離，L是沖擊針全長。在使用時，可將所述階梯型超聲沖擊針與沖擊針座、沖擊針延長頭配合進行使用，其中: 所述沖擊針座的前端設置有錐形的槍口，槍口處帶有矩形的擋板，擋板和槍口開有固定沖擊針的圓孔，下部是圓柱形的且尾部有凸起，用于裝卸時使用。沖擊針延長頭分為表面帶凹坑和不帶凹坑兩種，整體上呈短圓柱形，末端帶有一段螺紋桿，用來和變幅桿、換能器相連；所述凹坑用于和階梯狀沖擊針的末端相接觸。在具體裝配時，沖擊針座上帶有矩形擋板的一端開有與沖擊針相配合的圓孔，用來把沖擊針位置固定住，另一端開口與超聲沖擊槍體連接，并設計有裝卸用凸起，用以在裝卸過程中在法蘭和槍體之間通過法蘭連接，起固定作用。沖擊針延長頭和變幅桿相連，用以傳遞能量，且兩者與沖擊針座之間留有一定的潤滑間隙，以避免能量的損失。沖擊針延長頭有兩種形式，一種是表面上設計有與沖擊針位置相對應的凹坑，可以很好的和沖擊針端部相配合，使沖擊針和延長頭接觸時能夠更好的配合，增大接觸面積，使沖擊針不易偏轉 ’另一種延長頭表面是平整的，圓頭沖擊針和延長頭撞擊時受力更集中于沖擊針軸向的方向，減小了其他方向的受力，有利于提高超聲沖擊的動力利用率，產生更深的應力層。傳統沖擊針存在如下問題:沖擊針的運動會產生橫向位移與周圍發生碰撞導致撞擊和回彈的速度下降，影響變幅桿對沖擊針的加速效果，使最大撞擊速度降低的問題。傳統沖擊針尾端為平面并且帶錐形梢狀結構，以防止工作時沖擊針從槍體中脫落，然而這種結構在使用過程中會出現一些問題，圖1和2為常見問題示意圖。一方面，沖擊針與變幅桿端面碰撞時，由于受力不均勻容易使沖擊針在I號位置發生歪斜；另一方面，梢狀結構阻擋沖擊針飛出槍體時會與孔壁的2號位置產生滑動摩擦和碰撞。這兩方面都會導致沖擊針產生橫向位移，并且導致沖擊速度下降。使用的高速攝像設備是SHJQ-M0ti0nPix)-Y3高速攝像機對沖擊過程進行拍攝，可以更清楚地觀察沖擊針的運動軌跡。圖3為試驗中連續拍攝的13張照片，為了便于對比橫向位移的偏差，把他們疊加在一起便于觀察，從下到上按照拍攝順序依次排列。沖擊針先向左移動與周圍發生碰撞后向右移動，碰撞一次后速度明顯下降，同時使后續的加速過程難以持久，往往無法起到良好的加速效果。本專利技術的技術方案中采用尾圓頭型沖擊針，其示意圖如圖4所示，把梢型結構改為階梯圓柱和圓形端部，一方面和變幅桿端面(或者沖擊針延長頭端面)碰撞時受力方向沿著沖擊針軸線方向，不會產生橫向分力；另一方面，沖擊針與孔的下方邊緣碰撞時不會摩擦。有利于處理過程中沖擊針沿著軸線方向穩定運動，提高撞擊速度。本專利技術在進行材料的表面處理，成型及矯形過程中能高效的消除焊接熱影響區的殘余拉應力,通過超聲沖擊在材料表面形成一個壓應力層,提高材料的表面抗腐蝕能性,疲勞性能及抗動載荷能力。沖擊針形狀的設計考慮到了沖擊針和沖擊針座的槍口處碰撞時的問題，減小了碰撞時的摩擦力對 沖擊針速度的影響，降低由此產生的能量損失。使沖擊過程中超聲沖擊設備的功率更好發揮，可以達到:1.使沖擊后的壓應力層更深。2.使沖擊后使工件產生更大的變形，有利于材料的成型及矯形。3.降低沖擊針和沖擊針座的槍口摩擦所產生的能力損失，防止沖擊針和沖擊針座擦變熱，提高設備使用壽命。該專利技術用材料加工成型后，經過熱處理，具有很好的強度和使用壽命。同時此專利技術還具有制造簡單，安裝容易，成本低廉的優點。在相同條件下可以更高效地發揮超聲沖擊設備的作用，在實際生產中具有很重要的意義。附圖說明圖1傳統沖擊針常見問題示意圖(I)圖2傳統沖擊針常見問題示意圖(2)圖3傳統沖擊過程中沖擊針的運動軌跡，其中使用高速攝像機對沖擊過程中沖擊針進行連續拍攝，并以獲得13張照片進行疊加，可以更清楚地觀察沖擊針的運動軌跡圖4階梯型沖擊針的結構示意5階梯型沖擊針和帶凹坑沖擊針延長頭裝配剖面示意圖，其中I為沖擊針座，2為沖擊針，3為帶坑的沖擊針延長頭，4為潤滑間隙，5為裝卸凸起，6為變幅桿，7為槍口(擋板)，8為擋板圖6階梯型沖擊針和平頭沖擊針延長頭裝配剖面示意圖，其中I為沖擊針座，2為沖擊針，3為不帶坑的沖擊針延長頭，4為潤滑間隙，5為裝卸凸起，6為變幅桿，7為槍口(擋板)，8為擋板圖7傳統沖擊針處理后試件的變形示意8階梯型沖擊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
階梯型超聲沖擊針，其特征在于，整體呈階梯型圓柱狀，所述沖擊針由直徑d的前部圓柱和直徑D的后部圓柱構成，其中所述前部圓柱的前端呈半球形，用于和加工部件的表面進行超聲沖擊接觸，所述后部圓柱的尾端呈半球形，用于和變幅桿端面或者沖擊針延長頭端面相接觸，以獲得進行超聲沖擊的能量，d

【技術特征摘要】
1.階梯型超聲沖擊針，其特征在于，整體呈階梯型圓柱狀，所述沖擊針由直徑d的前部圓柱和直徑D的后部圓柱構成，其中所述前部圓柱的前端呈半球形，用于和加工部件的表面進行超聲沖擊接觸，所述后部圓柱的尾端呈半球形，用于和變幅桿端面或者沖擊針延長頭端面相接觸，以獲得進行超聲沖擊的能量，d〈D ≤1.3d，其中d是前部圓柱的直徑，D是后部圓柱的直徑；0.1L≤I≤0.2L，其中I是末端到階梯處的距離，L是沖擊針全長。2.根據權利要求1所述的階梯型超聲沖擊針，其特征在于，D優選為1.2d，I優選為0.2L。3.如權利要求1所述的階梯型超聲沖擊針在超聲沖擊裝置中的應用，其特征在于，所述階梯型超聲沖擊針與沖擊針座、沖擊針延長頭配合進行使用，其中:所述沖擊針座的前端設置有錐形的槍口，槍口處帶有矩形的擋板，擋板和槍口開有固定沖擊針的圓孔，下部是圓柱形的且尾部有凸起，用于裝卸時使用；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王東坡，吳良辰，黃超，張濤，柳陽，王穎，
申請(專利權)人：天津天東恒科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：