阶梯型超声冲击针装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了阶梯型超声冲击针装置及其应用，通过改变冲击针的形状，使冲击针和枪口尽量发生刚性碰撞，达到避免以往带稍冲击针和冲击针座枪口碰撞时产生较大摩擦力，以至于降低冲击针速度。同时改变了冲击针和冲击针延长头的碰撞方式，用点接触代替面接触，使碰撞时接触面受力方向和冲击针轴向一致，冲击针不易发生偏转，也可以提高超声冲击的效率和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声冲击工具配件的使用，更加具体地说，涉及一种超声冲击消除某些材料表面或者焊接热影响区应力的冲击针，该冲击针可以明显提高超声冲击时的效率，产生更深的压缩应力层，使材料的强度、耐腐蚀性和疲劳寿命得到明显提高。
技术介绍
在焊接结构的加工过程中，由于焊接热循环的作用，引起焊接接头局部不均匀的热塑性变形和相变，产生自相平衡的焊接残余应力，使焊接接头的使用性能降低，超声冲击通过改善焊接残余应力的分布来改善其性能。由于该方法使用灵活、效率高，因此适用范围广，不仅可以应用于焊接结构的制造过程中，而且可以应用于安装现场，是一种有效改善焊接接头残余应力的方法。超声冲击的原理是超声振动发生器驱动冲击针产生机械振动，冲击针快速撞击工件表面，引起工件表面得到强化并产生变形，从而达到使金属表面产生一定深度的残余压应力层，使金属零件的强度、耐腐蚀性和疲劳寿命得到明显提高。而残余应力层深度的大小主要取决于冲击过程中冲击针的撞击速度。现有技术的冲击针针头大都设计成尾部带梢的结构，一方面在其工作的过程中，冲击针和冲击针座枪口处发生碰撞，极大的降低冲击针的冲击速度；另外，尾部带梢的结构在与换能器碰撞的过程中，由于受力的不均匀容易使冲击针发生歪斜，这两方面都会减小超声冲击所产生的应力层深度，对冲击效果有明显的影响。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种阶梯型超声冲击针装置及其应用，通过改变冲击针的形状，使冲击针`和枪口尽量发生刚性碰撞，达到避免以往带稍冲击针和冲击针座枪口碰撞时产生较大摩擦力，以至于降低冲击针速度。同时改变了冲击针和冲击针延长头的碰撞方式，用点接触代替面接触，使碰撞时接触面受力方向和冲击针轴向一致，冲击针不易发生偏转，也可以提高超声冲击的效率和稳定性。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现:阶梯型超声冲击针装置，在冲击针的造型上采用了阶梯式的设计，以减小冲击针和冲击针座之间的摩擦，适用于超声冲击设备进行材料的成型，矫形以及表明处理，以提高冲击效率，产生更深的压应力层，提高材料的疲劳寿命。本专利技术的技术方案中采用尾圆头型冲击针，整体呈阶梯型圆柱状，取代了以前常用的带稍形结构，其示意图如图4所示，所述冲击针由直径d的前部圆柱和直径D的后部圆柱构成，其中所述前部圆柱的前端呈半球形，用于和加工部件的表面进行超声冲击接触，所述后部圆柱的尾端呈半球形，用于和变幅杆端面或者冲击针延长头端面相接触，以获得进行超声冲击的能量，后部圆柱的直径D略大于前部圆柱的直径d。整体上看来呈两个阶梯形圆柱状设计的冲击针。一方面和变幅杆端面(或者冲击针延长头端面)碰撞时受力方向沿着冲击针轴线方向，不会产生横向分力；另一方面，冲击针与孔的下方边缘碰撞时不会摩擦。有利于处理过程中冲击针沿着轴线方向稳定运动，提高撞击速度。上述结构中，d〈D<1.3d，优选D为1.2d，d是前部圆柱的直径，D是后部圆柱的直径；0.1L彡I彡0.2L，优选I为0.2L，I是末端到阶梯处的距离，L是冲击针全长。在使用时，可将所述阶梯型超声冲击针与冲击针座、冲击针延长头配合进行使用，其中: 所述冲击针座的前端设置有锥形的枪口，枪口处带有矩形的挡板，挡板和枪口开有固定冲击针的圆孔，下部是圆柱形的且尾部有凸起，用于装卸时使用。冲击针延长头分为表面带凹坑和不带凹坑两种，整体上呈短圆柱形，末端带有一段螺纹杆，用来和变幅杆、换能器相连；所述凹坑用于和阶梯状冲击针的末端相接触。在具体装配时，冲击针座上带有矩形挡板的一端开有与冲击针相配合的圆孔，用来把冲击针位置固定住，另一端开口与超声冲击枪体连接，并设计有装卸用凸起，用以在装卸过程中在法兰和枪体之间通过法兰连接，起固定作用。冲击针延长头和变幅杆相连，用以传递能量，且两者与冲击针座之间留有一定的润滑间隙，以避免能量的损失。冲击针延长头有两种形式，一种是表面上设计有与冲击针位置相对应的凹坑，可以很好的和冲击针端部相配合，使冲击针和延长头接触时能够更好的配合，增大接触面积，使冲击针不易偏转 ’另一种延长头表面是平整的，圆头冲击针和延长头撞击时受力更集中于冲击针轴向的方向，减小了其他方向的受力，有利于提高超声冲击的动力利用率，产生更深的应力层。传统冲击针存在如下问题:冲击针的运动会产生横向位移与周围发生碰撞导致撞击和回弹的速度下降，影响变幅杆对冲击针的加速效果，使最大撞击速度降低的问题。传统冲击针尾端为平面并且带锥形梢状结构，以防止工作时冲击针从枪体中脱落，然而这种结构在使用过程中会出现一些问题，图1和2为常见问题示意图。一方面，冲击针与变幅杆端面碰撞时，由于受力不均匀容易使冲击针在I号位置发生歪斜；另一方面，梢状结构阻挡冲击针飞出枪体时会与孔壁的2号位置产生滑动摩擦和碰撞。这两方面都会导致冲击针产生横向位移，并且导致冲击速度下降。使用的高速摄像设备是SHJQ-M0ti0nPix)-Y3高速摄像机对冲击过程进行拍摄，可以更清楚地观察冲击针的运动轨迹。图3为试验中连续拍摄的13张照片，为了便于对比横向位移的偏差，把他们叠加在一起便于观察，从下到上按照拍摄顺序依次排列。冲击针先向左移动与周围发生碰撞后向右移动，碰撞一次后速度明显下降，同时使后续的加速过程难以持久，往往无法起到良好的加速效果。本专利技术的技术方案中采用尾圆头型冲击针，其示意图如图4所示，把梢型结构改为阶梯圆柱和圆形端部，一方面和变幅杆端面(或者冲击针延长头端面)碰撞时受力方向沿着冲击针轴线方向，不会产生横向分力；另一方面，冲击针与孔的下方边缘碰撞时不会摩擦。有利于处理过程中冲击针沿着轴线方向稳定运动，提高撞击速度。本专利技术在进行材料的表面处理，成型及矫形过程中能高效的消除焊接热影响区的残余拉应力,通过超声冲击在材料表面形成一个压应力层,提高材料的表面抗腐蚀能性,疲劳性能及抗动载荷能力。冲击针形状的设计考虑到了冲击针和冲击针座的枪口处碰撞时的问题，减小了碰撞时的摩擦力对 冲击针速度的影响，降低由此产生的能量损失。使冲击过程中超声冲击设备的功率更好发挥，可以达到:1.使冲击后的压应力层更深。2.使冲击后使工件产生更大的变形，有利于材料的成型及矫形。3.降低冲击针和冲击针座的枪口摩擦所产生的能力损失，防止冲击针和冲击针座擦变热，提高设备使用寿命。该专利技术用材料加工成型后，经过热处理，具有很好的强度和使用寿命。同时此专利技术还具有制造简单，安装容易，成本低廉的优点。在相同条件下可以更高效地发挥超声冲击设备的作用，在实际生产中具有很重要的意义。附图说明图1传统冲击针常见问题示意图(I)图2传统冲击针常见问题示意图(2)图3传统冲击过程中冲击针的运动轨迹，其中使用高速摄像机对冲击过程中冲击针进行连续拍摄，并以获得13张照片进行叠加，可以更清楚地观察冲击针的运动轨迹图4阶梯型冲击针的结构示意5阶梯型冲击针和带凹坑冲击针延长头装配剖面示意图，其中I为冲击针座，2为冲击针，3为带坑的冲击针延长头，4为润滑间隙，5为装卸凸起，6为变幅杆，7为枪口(挡板)，8为挡板图6阶梯型冲击针和平头冲击针延长头装配剖面示意图，其中I为冲击针座，2为冲击针，3为不带坑的冲击针延长头，4为润滑间隙，5为装卸凸起，6为变幅杆，7为枪口(挡板)，8为挡板图7传统冲击针处理后试件的变形示意8阶梯型冲击本文档来自技高网...

【技术保护点】
阶梯型超声冲击针，其特征在于，整体呈阶梯型圆柱状，所述冲击针由直径d的前部圆柱和直径D的后部圆柱构成，其中所述前部圆柱的前端呈半球形，用于和加工部件的表面进行超声冲击接触，所述后部圆柱的尾端呈半球形，用于和变幅杆端面或者冲击针延长头端面相接触，以获得进行超声冲击的能量，d

【技术特征摘要】
1.阶梯型超声冲击针，其特征在于，整体呈阶梯型圆柱状，所述冲击针由直径d的前部圆柱和直径D的后部圆柱构成，其中所述前部圆柱的前端呈半球形，用于和加工部件的表面进行超声冲击接触，所述后部圆柱的尾端呈半球形，用于和变幅杆端面或者冲击针延长头端面相接触，以获得进行超声冲击的能量，d〈D ≤1.3d，其中d是前部圆柱的直径，D是后部圆柱的直径；0.1L≤I≤0.2L，其中I是末端到阶梯处的距离，L是冲击针全长。2.根据权利要求1所述的阶梯型超声冲击针，其特征在于，D优选为1.2d，I优选为0.2L。3.如权利要求1所述的阶梯型超声冲击针在超声冲击装置中的应用，其特征在于，所述阶梯型超声冲击针与冲击针座、冲击针延长头配合进行使用，其中:所述冲击针座的前端设置有锥形的枪口，枪口处带有矩形的挡板，挡板和枪口开有固定冲击针的圆孔，下部是圆柱形的且尾部有凸起，用于装卸时使用；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东坡，吴良辰，黄超，张涛，柳阳，王颖，
申请(专利权)人：天津天东恒科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：