[发明专利]一种低电压大电流超声表面滚压加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面处理技术领域，特别涉及一种低电压大电流超声表面滚压加工装置。

背景技术

超声表面滚压加工方法将加工头设计为可滚动的球体或柱体或其阵列，在机械零部件表面制备一层与基体有自然过渡的纳米层结构，并同时获得纳米级表面光洁度，从而提高其抗疲劳、磨损和耐腐蚀性能，保证机械装备可靠安全地运行，延长其有效服役寿命，防止其过早失效，具有重要的经济和实用价值，有着广阔应用前景。随着该方法的不断使用，对其性能的改进提出了新的要求。

现有的全波长和半波长两种设计方式的压电式超声表面滚压加工装置的装置均属于大电压低电流的工作方式，例如中国专利申请号为200810052196.3公开的一种半波长压电式超声表面滚压加工装置的装置，瞬间失谐电压可达上千伏，极不安全，尤其是在水下环境冲击作业时，对操作人员的人身安全造成极大威胁。同时处于该种工作方式的负载阻抗一般比较大，谐振频带相对较窄，频率跟踪条件极为苛刻，致使系统无法始终工作在最佳谐振状态，从而大大降低了有效功率的输出。

发明内容

本发明目的在于改变现有压电式超声冲击装置大电压低电流的不稳定和极不安全的工作方式，提供一种低电压大电流超声表面滚压加工装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低电压大电流超声表面滚压加工装置，该装置包括：壳体，在壳体内从底部向外依次设置有施力装置、压电陶瓷换能器、在压电陶瓷换能器上连接顶端带有工作头的变幅杆，所述压电陶瓷换能器的陶瓷片片数选用14-30偶数片，厚度选用0.5-3mm。

所述超声表面滚压加工装置包括半波长压电陶瓷换能器加半波长变幅杆的全波长形式和1/4波长压电陶瓷换能器加1/4波长变幅杆的半波长形式。

所述工作头为球体滚动、柱体滚动或相应阵列。

所述施力装置为压缩空气或弹簧。

所述变幅杆的轴向截面呈阶梯、锥台或其组合。

所述装置包括半波长压电陶瓷换能器加半波长变幅杆，所述压电陶瓷换能器片数为14片、厚度为3mm；所述工作头为球体滚动、柱体滚动或相应的阵列工作头。

所述装置包括1/4波长压电陶瓷换能器加1/4波长变幅杆，所述压电陶瓷换能器片数为14片、厚度为1.5mm；所述工作头为球体滚动、柱体滚动或相应的阵列工作头。

所述装置包括1/4波长压电陶瓷换能器加1/4波长变幅杆，所述压电陶瓷换能器片数为30片、厚度为0.75mm；所述工作头为球体滚动工作头。

所述装置包括1/4波长压电陶瓷换能器加1/4波长变幅杆，所述压电陶瓷换能器片数为20片、厚度为2mm；所述工作头为柱体滚动加工头。

本发明的有益效果是：本发明全波长或半波长低电压大电流压电式超声表面滚压加工装置能够有效改变现有压电式超声表面加工装置大电压低电流的不稳定和极不安全的工作方式，在显著降低其负载阻抗并加大其谐振带宽、改善频率跟踪条件，提高有效功率输出的同时，大幅降低装置的工作电压，从而保障操作安全。另外，换能器散热条件的改善也可以使负载阻抗降低，同时延长换能器的使用寿命。

半波长低电压大电流压电式超声表面滚压加工装置具有重量轻、体积小适应灵活等优点，对于管壁、内环槽等的处理更加理想，必要时可改为单手持握式操作。

阶梯－锥台－阶梯型全波长或半波长低电压大电流压电式超声表面滚压加工方法能够有效提高输出功率，可用来处理较高强度材质的零部件。

附图说明

图1是低电压大电流压电式全波长超声表面球体滚压加工装置示意图；

图2是滚动工作头及阵列示意图；

图3是低电压大电流压电式半波长超声表面球体滚压加工装置的阶梯-锥台-阶梯型示意图；

图4是低电压大电流压电式半波长超声表面球体滚压加工装置处理管道内壁示意图；

图5是低电压大电流压电式全波长超声表面球体滚压加工示意图。