【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于灰铁导轨残余应力调控，具体涉及一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置及方法。
技术介绍
1、高端制造装备和武器装备导轨(材料为ht250)在铸造和机械加工等工艺过程中，由于受热或受力不均匀，其内部必然会产生不同程度的残余应力。残余应力的存在，极大地影响了导轨的尺寸稳定性、刚度、疲劳强度、抗脆断能力和机械加工性能。通常，含有残余应力的铸铁导轨处于不稳定状态，在应力的趋衡效应作用下，应力的松弛和再分布将使导轨产生变形甚至开裂，严重影响着导轨的装配和正常使用，制约我国高端制造装备和武器装备的高质量发展。
2、传统的去应力方法包括自然时效、去应力退火(人工时效)、振动时效等方法。自然时效方法周期长、效率低。采用传统的去应力退火方法，通常需要对构件进行长时间保温，灰铁材料一般为8-12小时，这大大降低了导轨的利用率，同时浪费了能源，增加了机加工成本。此外，如果加热和冷却过程的温度控制不当，还会因为新的温度梯度而导致二次应力的产生。振动时效方法是利用构件整体谐振的方法以去除构件内部的残余应力，但这种方法操作复杂，应力消除效果不理想，如果操作不当，还会造成疲劳破坏，甚至会导致变形和开裂。因此，机床导轨在不同工艺处理过程中，特别是在铸造和粗加工后，要尽可能的找到一种新的、低成本和高效率的灰铁导轨表面和内部残余应力有效消减或均化方法，使导轨处于低应力状态，便于后续的精密加工与服役。
技术实现思路
1、为了解决突破传统自然时效、热处理时效去应力耗时长、能耗高、不环保等问题，
2、为了解决以上问题，本专利技术提供了一种灰铁导轨表面和内部残余应力调控高能声束阵列调控装置，包括多个高能声束单元、导向螺杆5、推进螺杆6、平板基座7、左/右l型支座8、上支撑板9、功率超声电源；每个高能声束单元包括超声振动子3、塞打螺栓1、弹簧2和变幅杆11；平板基座7包括高能声束阵列调控工作台12和导向侧13，导向侧13设置在高能声束阵列调控工作台12的四角，对左/右l型支座8的前后移动具有导向作用，使支座不发生偏移，确保支座上的所有超声振动子的端面与导轨侧面平行，并在应力调控工作能紧紧贴合；
3、上支撑板9四个角各设置1个导向孔，通过导向螺杆10固定在高能声束阵列调控工作台12上方，灰铁导轨放置在高能声束阵列调控工作台12的中间部位，且位于上支撑板9下方；上支撑板9上设置振动子安装孔；每个超声振动子3通过安装在其法兰结构上的塞打螺栓1、弹簧2分别垂直安装在上支撑板9所布置的超声振动子法兰安装孔中；
4、左/右l型支座8安装在平板基座7的两侧；左/右l型支座8的竖板上均匀设置超声振动子法兰安装孔；塞打螺栓1套在弹簧上，每个超声振动子3通过安装在其法兰结构上的塞打螺栓1、弹簧2水平固定在左/右l支座8的竖板上振动子安装孔内；四个推进螺杆6两两分别连接左/右l型支座8，用于推进左/右l型支座8向灰铁导轨压紧；通过旋转两端的四个推进螺杆6，迫使两侧左/右l型支座8向中间移动并夹紧导轨，同时压缩弹簧3；
5、功率超声电源与超声振动子相连接，电源向超声振动子激励高频高功率正弦波信号，进而使超声振动子向导轨材料内部发射高频高功率超声波。
6、进一步地，左/右l型支座8上各设置8个超声振动子1。
7、进一步地，上支撑板9上设置16个超声振动子1。
8、进一步地，超声振动子为频率15khz的半波长振动系统，超声振动子额定输出电功率为2000w,压紧导轨表面后的输出功率为200w。
9、进一步地，超声振动子主要由15khz铝合金压电超声换能器和15khz铝合金阶梯型变幅杆11组成。
10、进一步地，弹簧规格选择丝径1.5mm、外径12mm、长度20mm，6个一组。
11、进一步地，对导轨进行应力调控前后的弹簧相对压缩量为3mm-5mm。
12、进一步地，功率超声电源选择自动频率跟踪的15khz数字超声波电源，额定功率2500w。
13、本专利技术另一方面还提供了一种灰铁导轨残余应力调控方法，包括以下步骤：
14、第一步：调控前应力检测；对灰铁导轨工作表面进行残余应力检测，记录应力调控前导轨表面残余应力的大小及分布状态；
15、第二步：将导轨放置到高能声束阵列调控工作台12上，保证整个应力调控装置稳定；在每个超声振动子的前端面涂抹具有耦合作用的高温润滑脂，调节左/右l型支座8和上支撑板9，使所有32个超声振动子3紧紧压紧导轨上表面、左端面和右端面，使每个弹簧2压紧增量为3mm-5mm；
16、第三步：设置功率超声电源参数；逐个开启功率超声电源，调节振幅设置参数，使单个调控通道的稳定工作频率为15khz、工作功率为200w；
17、第四步：应力调控；应力调控分两次完成，单次调控时间为30分钟，中间停止工作10分钟，用于系统散热和调整压紧状态；
18、第五步：调控后应力检测；导轨应力调控结束后，将导轨从高能声束阵列调控工作台12取出，放置到应力检测工作台上进行调控后的应力检测；如果调控后的导轨应力大小和分布状态仍较大且集中，再重复执行第二步到第四步应力调控，直至导轨应力得到有效消减和均化到低应力状态，即应力值为灰铁材料屈服强度的30％以下。
19、进一步地，第四步中，电源参数设置结束后，设置每台功率超声电源的单次工作时间为30分钟；逐个开启功率超声电源，开始应力调控；也可通过上位机对所有功率超声电源进行群控，同步开启和停止功率超声电源发送超声激励信号；30分钟应力调控结束后，停止调控，应力调控装置冷却10分钟后再进行第2次30分钟应力调控。
20、有益效果：本专利技术采用底板基座、左l型板、右l型板、支撑板、推进螺杆、双头导向螺杆的结构形式，通过调节推进螺杆，实现两侧面的超声振动子紧密贴合在灰铁导轨的两侧面上；通过安装和固定导向螺杆，实现顶部的超声振动子与灰铁导轨顶部紧密贴合，通过超声振动子产生的高能超声波能量作用到导轨内部，在交变应力作用下，材料的屈服强度将会降低，当高能声束的能量大于材料内部的位错势能时，材料的错排原子将被激活，残余应力场将会被打破，最终引起材料产生微小塑性变形，内部应力场将重新再分布并达到新的平衡，残余应力得以松弛和释放，实现导轨表面和内部残余应力的消减和均化。本专利技术具有操作简单、耗时短、能耗低、环保等优点。
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1.一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，包括多个高能声束单元、导向螺杆5、推进螺杆6、平板基座7、左/右L型支座8、上支撑板9、功率超声电源；每个高能声束单元包括超声振动子3、塞打螺栓1、弹簧2和变幅杆11；平板基座7包括高能声束阵列调控工作台12和导向侧13，导向侧13设置在高能声束阵列调控工作台12的四角，对左/右L型支座8的前后移动具有导向作用，使支座不发生偏移，确保支座上的所有超声振动子的端面与导轨侧面平行，并在应力调控工作能紧紧贴合；
2.如权利要求1所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，左/右L型支座8上各设置8个超声振动子1，上支撑板9上设置16个超声振动子1。
3.如权利要求1所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，上支撑板9上设置吊耳4。
4.如权利要求2或3所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，超声振动子为频率15kHZ的半波长振动系统，超声振动子额定输出电功率为2000W,压紧导轨表面后的输出功率为200W。
5.如权利要求4所述
6.如权利要求1所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，弹簧规格选择丝径1.5mm、外径12mm、长度20mm，6个一组。
7.如权利要求6所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，对导轨进行应力调控前后的弹簧相对压缩量为3mm-5mm。
8.如权利要求1所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，功率超声电源选择自动频率跟踪的15kHz数字超声波电源，额定功率2500W。
9.一种利用如权利要求1至8中任一项所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置的灰铁导轨残余应力调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的灰铁导轨残余应力调控方法，其特征在于，第四步中，电源参数设置结束后，设置每台功率超声电源的单次工作时间为30分钟；逐个开启功率超声电源，开始应力调控；也可通过上位机对所有功率超声电源进行群控，同步开启和停止功率超声电源发送超声激励信号；30分钟应力调控结束后，停止调控，应力调控装置冷却10分钟后再进行第2次30分钟应力调控。
...【技术特征摘要】
1.一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，包括多个高能声束单元、导向螺杆5、推进螺杆6、平板基座7、左/右l型支座8、上支撑板9、功率超声电源；每个高能声束单元包括超声振动子3、塞打螺栓1、弹簧2和变幅杆11；平板基座7包括高能声束阵列调控工作台12和导向侧13，导向侧13设置在高能声束阵列调控工作台12的四角，对左/右l型支座8的前后移动具有导向作用，使支座不发生偏移，确保支座上的所有超声振动子的端面与导轨侧面平行，并在应力调控工作能紧紧贴合；
2.如权利要求1所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，左/右l型支座8上各设置8个超声振动子1，上支撑板9上设置16个超声振动子1。
3.如权利要求1所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，上支撑板9上设置吊耳4。
4.如权利要求2或3所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，超声振动子为频率15khz的半波长振动系统，超声振动子额定输出电功率为2000w,压紧导轨表面后的输出功率为200w。
5.如权利要求4所述的一种灰铁导轨残余应力高能声束阵列调控装置，其特征在于，超声振动子...
【专利技术属性】
技术研发人员：李培禄，张建中，易新，龚太彦，杨海军，沈彬华，赵圆，李增荣，李荣辉，
申请(专利权)人：内蒙古一机集团瑞特精密工模具有限公司，
类型：发明
国别省市：
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