【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械加工领域，具体地，涉及一种轴向超声辅助微锻表面强化装置。
技术介绍
1、微锻是一种新兴的机械表面改性工艺，涉及使用高频振荡的高硬度锤头锤击目标区域。典型微锻装置的结构示意图如图1所示，冲击结构在驱动系统的激励下，在限位块和工件表面之间进行往复直线运动，材料承受质子的连续冲击后，发生强烈的塑性变形，一定的塑性变形可以提高材料的表面完整性。控制系统可用于调整冲击频率和冲击能量的大小，冷却系统起耗散热量、保障系统稳定工作的作用。微锻装置一般通过机械接口安装在机床或机械臂末端，调整冲程、步距、行距、冲击角度等工艺参数，在加工过程中微锻头与工件表面始终保持恒定的距离，确保工件材料受到位置精确且强度均匀的冲击作用。通过精确地高频冲击实现不同金属材料工件的表面光整或强化。
2、超声冲击技术是一种高效的消除部件表面有害残余拉应力、引进有益压应力的方法，典型超声微锻冲击设备示意图如图2所示，其主要由超声发生器，超声换能器，变幅杆以及冲击头四部分组成，超声发生器是一个高频电路，产生高频的电能，超声换能器则是将高频的电能装环能机械振动，再由变幅杆对产生的机械振动进行放大，最后机械振动传递头冲击头，冲击头与工件接触，将超声振动传递到工件表面，实现强化效果。
3、超声发生器发生高频率的超声冲击设备利用大功率的能量推动冲击头以每秒约2万次的频率冲击金属物体表面，高频、高效和聚焦下的大能量使金属表层产生较大的压缩塑性变形；同时超声冲击改变了原有的应力场，产生有益的压应力；高能量冲击下金属表面温度极速升高又迅速冷却，使
4、现有公开号为cn117920925a的中国专利，其公开了一种冲程主动调节的电磁微锻装置，包括上限位主动调节结构、电磁微锻驱动结构；所述电磁微锻驱动结构包括第一外壳、驱动组件、中间连杆以及微锻头；所述微锻头安装在所述中间连杆的底端，所述驱动组件用于带动所述中间连杆上下往复运动；所述上限位主动调节结构安装在所述电磁微锻驱动结构上方，用于调节中间连杆往复运动的最高位置。上限位主动调节结构包括主动调节结构驱动件、传动件、丝杆以及可动上限位块；本专利技术通过上限位主动调节结构的设计，能够主动调节可动上限位块的位置，以实现中间连杆上极限位置的可调，进而可以控制微锻的冲程，达到在线调控微锻效果的目的。
5、该现有技术缺点是只是使用较为单一的工艺对材料进行强化，单一工艺对零件材料产生的塑性变形以及强化效果都是有限的。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种轴向超声辅助微锻表面强化装置。
2、根据本专利技术提供的一种轴向超声辅助微锻表面强化装置,包括：微锻系统和超声冲击系统，所述微锻系统用于产生低频大幅度冲击运动，所述超声冲击系统用于产生高频小幅度冲击运动；所述微锻系统产生的轴向输出与超声冲击系统产生的轴向输出复合。
3、优选地，所述轴向超声辅助微锻表面强化装置，包括依次连接的超声换能器、超声变幅杆以及冲头；所述微锻系统的输出轴与超声换能器连接使冲头沿轴向运动；所述超声冲击系统的超声发生器通过导线与超声换能器连接使冲头沿轴向运动。
4、优选地，所述低频大幅度冲击运动为数百赫兹，毫米级冲程运动，所述高频小幅度冲击运动为数万赫兹，微米级冲程运动。
5、优选地，所述微锻系统包括驱动组件，所述驱动组件与微锻系统的输出轴传动连接，所述驱动组件包括气动驱动组件、压电驱动组件以及电磁驱动组件。
6、优选地，所述电磁驱动组件包括：微锻基座、永磁体、线圈支撑以及励磁线圈，所述永磁体固定安装在微锻基座上，所述励磁线圈缠绕在线圈支撑上，所述励磁线圈与永磁体耦合；所述线圈支撑上连接有连杆作为微锻系统的输出轴。
7、优选地，所述微锻基座轴向远离冲头的一端设置有上限位块，所述上限位块限制连杆的轴向位移；所述上限位块的顶部设置有机械接口。
8、优选地，所述超声冲击系统包括超声外壳，所述超声换能器和超声变幅杆二者均位于超声外壳内部，所述超声外壳上设置有超声冷气接口，用以向超声外壳内部通入压缩气体。
9、优选地，所述超声外壳上设置有超声电路接口，所述超声发生器通过导线依次和超声电路接口与超声换能器相连。
10、优选地，所述冲头包括至少两个撞针，所述超声外壳在与冲头配合处设置有开孔模具，所述模具孔径不小于撞针孔径，所述撞针根部设置有l型结构，所述撞针穿过模具孔径，所述l型结构将所述撞针卡在模具上，所述l型结构的非冲击面与超声壳体限位配合。
11、优选地，所述冲头包括一个撞针，所述撞针通过紧固件固定与超声变幅杆固定连接。
12、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
13、1、本专利技术通过结合微锻系统与超声冲击系统，同时实现了电磁系统驱动冲头轴向的低频大冲程冲击运动(数百赫兹，毫米级冲程)以及超声系统驱动的的高频小冲程冲击运动(数万赫兹，微米级冲程)这样一个复合冲击过程，对零件实现更加有效的强化。
14、2、本专利技术通过紧凑的结构设计，使得该装置通过机械接口可以直接安装到机床主轴上，整个设备集成度高。
15、3、本专利技术通过多元化冲头设计，有助于实现不同的强化效果。
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1.一种轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，包括：微锻系统和超声冲击系统，所述微锻系统用于产生低频大幅度冲击运动，所述超声冲击系统用于产生高频小幅度冲击运动；
2.如权利要求1所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，包括依次连接的超声换能器(5)与冲头(17)，所述微锻系统的输出轴与超声换能器(5)连接使冲头(17)沿轴向运动，所述超声冲击系统的超声发生器(15)通过导线与超声换能器(5)连接使冲头(17)沿轴向运动。
3.如权利要求1所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述低频大幅度冲击运动为数百赫兹，毫米级冲程运动；
4.如权利要求2所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述微锻系统包括驱动组件，所述驱动组件与微锻系统的输出轴传动连接；
5.如权利要求4所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述电磁驱动组件包括：微锻基座(2)、永磁体(10)、线圈支撑(9)以及励磁线圈(11)，所述永磁体(10)固定安装在微锻基座(2)上，所述励磁线圈(11)缠绕在线圈支撑(9)上，所述励磁线圈(1
6.如权利要求2所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述微锻基座(2)轴向远离冲头(17)的一端设置有上限位块(8)，所述上限位块(8)限制连杆(13)的轴向位移；
7.如权利要求2所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述超声冲击系统包括超声外壳(16)，所述超声换能器(5)位于超声外壳(16)内部，所述超声外壳(16)上设置有超声冷气接口(4)，用以向超声外壳(16)内部通入压缩气体。
8.如权利要求7所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述超声外壳(16)上设置有超声电路接口(14)，所述超声发生器(15)通过导线依次和超声电路接口(14)与超声换能器(5)相连。
9.如权利要求4所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述冲头(17)包括至少两个撞针，所述超声外壳(16)在与冲头(17)配合处设置有开孔模具，所述模具孔径不小于撞针孔径，所述撞针根部设置有L型结构，所述撞针穿过模具孔径，所述L型结构将所述撞针卡在模具上，所述L型结构的非冲击面与超声外壳(16)限位配合。
10.如权利要求4所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述冲头(17)包括一个撞针，所述撞针通过紧固件固定与超声变幅杆(6)固定连接。
...【技术特征摘要】
1.一种轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，包括：微锻系统和超声冲击系统，所述微锻系统用于产生低频大幅度冲击运动，所述超声冲击系统用于产生高频小幅度冲击运动；
2.如权利要求1所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，包括依次连接的超声换能器(5)与冲头(17)，所述微锻系统的输出轴与超声换能器(5)连接使冲头(17)沿轴向运动，所述超声冲击系统的超声发生器(15)通过导线与超声换能器(5)连接使冲头(17)沿轴向运动。
3.如权利要求1所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述低频大幅度冲击运动为数百赫兹，毫米级冲程运动；
4.如权利要求2所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述微锻系统包括驱动组件，所述驱动组件与微锻系统的输出轴传动连接；
5.如权利要求4所述的轴向超声辅助微锻表面强化装置，其特征在于，所述电磁驱动组件包括：微锻基座(2)、永磁体(10)、线圈支撑(9)以及励磁线圈(11)，所述永磁体(10)固定安装在微锻基座(2)上，所述励磁线圈(11)缠绕在线圈支撑(9)上，所述励磁线圈(11)与永磁体(10)耦合；
6.如权利要求2所述的轴向超声辅助微锻表面强化...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈彬，王成瀚，方增，陈苏琳，童春瑜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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