一种超声冲击针及其在处理棱边中的应用制造技术

本发明专利技术公开一种超声冲击针及其在处理棱边中的应用，包括针头

【技术实现步骤摘要】
一种超声冲击针及其在处理棱边中的应用


[0001]本专利技术涉及超声冲击机配件
，更具体地说，涉及一种用于处理棱边的超声冲击针，可应用于航空航天
、
海洋工程
、
汽车工业
、
石化
、
桥梁船舶等领域中的金属部件受疲劳载荷的棱边的超声冲击处理
。

技术介绍

[0002]超声冲击处理作为一种高效
、
便捷
、
节能的延寿新技术，近年来正越来越广泛地应用于于航空航天
、
海洋工程
、
工程机械
、
汽车工业
、
石化
、
桥梁船舶
、
金属
3D
打印等领域，用于延长各种焊接结构的疲劳寿命
、
消除残余应力以及提高抗应力腐蚀性能等
。
[0003]超声冲击处理工艺基本上是针对焊缝的，还有少数情况针对母材，例如齿轮根部等，未有专门针对金属工件棱边进行超声冲击处理的情况
。
因为金属工件棱边部分属于母材，一般母材的疲劳性能要好于焊缝金属，这导致棱边的疲劳性能一般不受重视
。
然而棱边作为两个金属平面的交界处，属于形状突变区域，存在很大的应力集中现象
。
另外一些板材部件的棱边正好是火焰切割后形成的，这种情况下棱边区域属于热影响区，其疲劳性能很差
。
结构设计时虽然会避免让棱边承受主应力疲劳载荷，但是很多情况下棱边多少还是会承受一些中低应力水平的疲劳载荷，这就会使棱边发生高周或超高周的疲劳
。
事实上一些母材结构部件比如汽车腹板
、
飞机起落架上的上位锁支臂等，其棱边会发生疲劳开裂的现象
。
以商务用车的汽车腹板部件为例，为解决棱边疲劳开裂的问题，增加了棱边打磨和抛光工艺，不但费时费力，打磨
、
抛光或者倒角并不能彻底解决棱边的高周或超高周疲劳问题，这是因为上述工艺方法基本无法改变棱边区域的应力环境
。
要解决棱边区域的问题，就需要在棱边区域引入较大的压缩残余应力，改善其应力环境，能极大的延缓微观裂纹的萌生，从而大幅提高其疲劳性能
。
[0004]超声冲击处理工艺延寿的主要机理之一就是在处理区域产生较深的
、
数值很大的压缩残余应力
。
现有的超声冲击设备，其所用超声冲击针末端形状基本为圆头为主，如国标
GBT 33163
‑
2016《
金属材料残余应力超声冲击处理法
》
中附录图
6.6
所示超声冲击针以及中国专利“一种两级变径超声冲击针及基于其的套件”(
申请号为
2020201399058
，申请日为
2020
年1月
21
日
)
的“两级变径超声冲击针”。
这两种超声冲击针的末端形状基本为圆头
(
即超声冲击针与待加工工件作用的部位
)
，根本无法在棱边上着力，只适合处理焊趾或者平面
。
中国专利“扁平冲击针”(
申请号为
200620087845X
，申请日为
2006
年8月
16
日
)
公开了一种扁平的超声冲击针，其末端是一个矩形平面，虽然可以在棱边上着力，但是冲击时冲击针容易滑离棱边，并且在棱边上会处理出矩形连续叠加的痕迹，棱边呈加宽锯齿状，这种外形是不允许的
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超声冲击针及其在处理棱边中的应用，能够针对工件的棱边进行有效的超声冲击
。
[0006]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现
。
[0007]一种超声冲击针，包括针头
、
针体平台
、
圆柱体和圆锥底部，其中：针头设置在针体平台的顶端，针体平台的底端通过过渡部和圆柱体相连，在圆柱体和圆锥底部相连；
[0008]沿垂直于针体平台的方向，针头的投影为向内凹陷的圆弧线，包括位于中央的内凹圆弧段和位于两侧的第一外凸圆弧过渡段
、
第二外凸圆弧过渡段；沿平行于针体平台且垂直于冲击针轴线方向，针头的投影为凸起圆弧线
。
[0009]内凹圆弧段的半径取值范围为
2—100mm。
[0010]第一外凸圆弧过渡段的半径取值范围为
0.5—10mm。
[0011]第二外凸圆弧过渡段的半径取值范围为
0.5—10mm。
[0012]针体平台与圆柱体之间的过渡部为圆弧或者斜坡，采用圆弧过渡，过渡部的半径取值范围为
2mm
～
30mm
；采用斜坡过渡，过渡部和平台形成的钝角取值范围为
100
°
～
160
°
。
[0013]凸起圆弧线半径的取值范围为
1—50mm。
[0014]本专利技术的超声冲击针在超声冲击处理棱边中的应用
。
[0015]利用本专利技术的超声冲击针的超声冲击枪，将本专利技术的超声冲击针置于超声冲击枪前端，与针套
、
变幅杆
、
换能器等进行组装，形成处理棱边的超声冲击枪
。
[0016]使用本专利技术的超声冲击针进行工件棱边的超声冲击处理，能够针对工件的棱边进行有效的超声冲击，在改善棱边应力的同时，冲击针不会划伤工件，使得处理后的棱边更加光滑，整体更加美观
。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的超声冲击针的结构示意图
(1)。
[0018]图2是本专利技术的超声冲击针的结构示意图
(2)。
[0019]图3是本专利技术的超声冲击针的结构示意图
(3)。
[0020]其中，1为针头，1‑1为内凹圆弧段，1‑2为第一外凸圆弧过渡段，1‑3为第二外凸圆弧过渡段，2为针体平台，3为过渡部，4为圆柱体，5为圆锥底部，6为凸起圆弧线，
R
为内凹圆弧段的半径，
r
为外凸圆弧过渡段
(
即第一外凸圆弧过渡段
、
第二外凸圆弧过渡段
)
的半径，
r1
为凸起圆弧线的半径，
r2
为圆弧过渡的半径
。
[0021]图4是使用本专利技术的超声冲击针进行棱边处理的示意图
。
[0022]图5是本专利技术实施例中使用本专利技术的超声冲击针进行棱边处理的试样结构示意图
。
[0023]图6是本专利技术实施例中铝合金板材拉伸疲劳试验示意图
。
[0024]图7是本专利技术实施例中铝合金板材拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超声冲击针，其特征在于，包括针头
、
针体平台
、
圆柱体和圆锥底部，其中：针头设置在针体平台的顶端，针体平台的底端通过过渡部和圆柱体相连，在圆柱体和圆锥底部相连；沿垂直于针体平台的方向，针头的投影为向内凹陷的圆弧线，包括位于中央的内凹圆弧段和位于两侧的第一外凸圆弧过渡段
、
第二外凸圆弧过渡段；沿平行于针体平台且垂直于冲击针轴线方向，针头的投影为凸起圆弧线
。2.
根据权利要求1所述的一种超声冲击针，其特征在于，针体平台与圆柱体之间的过渡部为圆弧或者斜坡
。3.
根据权利要求2所述的一种超声冲击针，其特征在于，采用圆弧过渡，过渡部的半径取值范围为
2mm
～
30mm
；采用斜坡过渡，过渡部和针体平台形成的钝角取值范围为
100
°
～
160
°

【专利技术属性】
技术研发人员：吴良晨，张宇，刘伟，
申请(专利权)人：天津益普科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：