一种便携式残余应力调控装置 |
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| 申请号 | CN202311672354.6 | 申请日 | 2023-12-07 | 公开(公告)号 | CN117802306A | 公开(公告)日 | 2024-04-02 |
| 申请人 | 康硕(山西)低应力制造系统技术研究院有限公司; | 发明人 | 崔奕超; 王鹏; 宋健; 程世杰; 王钬杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种便携式残余应 力 调控装置，适用于金属构件的残余 应力 消除，涉及超声残余应力消除领域。该装置主要包括左调控模组、右调控模组和底部调控模组。左调控模组、右调控模组、底部调控模组通过底部 型材 架和 角 码连接。超 声换能器 电源放置在底部型材架上。 工件 放置在左调控模组、右调控模组、底部调控模组中间，左调控模组和右调控模组可以根据工件的形状自由调节 位置 。本发明将调控装置集成为一体，并在型材架上通过 脚轮 连接板安装有4个脚轮，方便移动。调控前，先对工件进行应力检测，然后将工件放入装置， 超 声波 电源将产生的高频 电压 送给激励器，激励器产生高频振动，并将 能量 注入工件，使工件的残余应力值降低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种便携式残余应力调控装置，包括超声换能器电源（1）、左调控模组（2）、工件（3）、底部调控模组（4）、右调控模组（5）、底部框架（6），其特征在于：所述左调控模组（2）与所述右调控模组（5）为相同结构，对称布置。 |
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| 说明书全文 | 一种便携式残余应力调控装置技术领域背景技术[0002] 机械零部件加工和强化后都能引起残余应力，残余应力会使构件的强度发生变化，残余应力一般是有害的，如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。或经淬火、磨削后表面会出现裂纹。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。 [0003] 目前常用的残余应力调控方法有自然时效法、热时效法、超声波法。自然时效法是通过自然放置消除应力，这种方法耗时过长，难以适应现代科技及生产需要。热时效法是把工件放进热时效炉中进行热处理，慢慢消除应力。这种方法的缺点是对温度控制要求非常严格，并且对长达数十米或者更大的工件无法用这种方法处理，而且这种方法还带来了大量的污染和能源消耗。 [0004] 接触式超声波残余应力调控技术是一种高效的消除工件有害残余拉应力、引进有益压应力的方法。超声波是通过超声换能器电源产生的，超声换能器电源将220V交流电转换成高频高压交流电，输送给超声换能器。然后超声换能器将输入的电能转换成机械能，即超声波，其表现形式是换能器在纵向作往复伸缩运动；伸缩运动的频率等同于驱动电源的交流电频率。超声换能器的一端接触工件以达到消除内应力的作用。 [0005] 专利号为CN116590518A的专利公开了一种超声波振动时效去应力调控设备。该设备把激励器固定在基座、天车、左滑车、右滑车上，采用气缸将天车及滑车推送到位，但是该装置只适用于汽车发动机外罩等异形箱体类零件，且该装置外形较大，不便于移动。 [0006] 专利号为CN116698253A的专利公开了一种钛合金身管加工残余应力超声无损检测与调控方法。该装置是专为圆筒类零件设计，每组3个激励器，互成120度，不能调节角度，超声换能器电源需另外加装，不方便移动。 发明内容[0007] 本发明的目的在于提供一种便携式残余应力调控装置，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： [0009] 本发明的一种便携式残余应力调控装置，通过所述底部调控模组、左调控模组、右调控模组三面来调控工件，所述左调控模组、右调控模组既可以前后移动，模组上的超声换能器固定在滑块上，滑块安装在支架的T型槽内也能够上下移动，支架固定在底板上可以旋转。这样该装置就可以适用于不同形状的工件，为方便该装置移动，在所述底部框架下面加装有四个脚轮。将所述超声换能器电源放置在底部框架上，并且不影响所述可调底座的移动及所述底板的旋转。 [0011] 优选的，残余应力调控过程分为检测和调控两部分，首先检测工件的残余应力，对工件的残余应力分析后，将工件放置在该装置上，对工件应力集中的地方超声换能器的振幅上调10%。调控30分钟后，再次对工件进行应力检测。由于工件的材料及形状的不同，调控时长会有变化。如果达到规定的应力值要求，则工件调控完成，若没有达到要求，则继续进行调控，还是对工件应力集中的地方振幅上调10%。 [0012] 优选的，该调控装置主要包括底部调控模组、左调控模组和右调控模组，底部调控模组固定，三个调控模组分别装有5个所述超声换能器。调控时先将工件放置在底部调控模组的5个超声换能器上，然后将左、右两个调控模组的10个超声换能器紧密贴合在工件上，将螺栓螺母拧紧，并将支撑模组拧紧固定。 [0013] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： [0014] 1、相比于其他调控装置，该装置实现调控设备的集成，将超声换能器电源和超声换能器集成在一个装置里面，只需一根电源线，装置即可工作。 [0016] 图1：便携式多功能残余应力调控装置示意图； [0017] 图2：左调控模组示意图； [0018] 图3：支撑模组示意图； [0019] 图4：平面检测楔块示意图； [0020] 图5：曲面检测楔块示意图。 [0021] 其中：1、超声换能器电源；2、左调控模组；3、工件；4、底部调控模组；5、右调控模组；6、底部框架；7、角码；8、脚轮连接板；9、脚轮；201、型材合页；202、铝合金型材；203、钣金门；204、底板；205、可调底座；206、支撑模组；207、翻转板；208、三角筋；209、轴肩螺栓；210、超声换能器；211、滑块；212、支架；213、三角支撑；214、底座；215、蝶形螺母；216、销轴；301、支撑杆；302、吊块；303、吊耳；304、螺母；305、螺栓；306、铰接块；307、大销轴；308、开口销；309、铰接固定板；401、平面检测楔块；402、检测探头；403、曲面检测楔块。 具体实施方式[0022] 为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明具体实施方式作详细说明： [0023] 在工件调控前首先对工件3进行残余应力检测，根据检测数据调整调控方案。采用的检测方法为超声临界折射纵波法。首先根据工件3的外形尺寸和材料制备检测楔块。超声应力检测采用一收一发的模式，一个检测楔块安装有两个检测探头402，一个检测探头402发射超声波，另一个检测探头402接收超声波，由于材料的应力大小会影响材料的声速，在两个检测探头402等间距下，可以根据超声波的传递时间来检测材料的应力大小。 [0024] 检测楔块主要设计的是入射角和反射角α的大小，检测楔块的材料一般为亚克力，如图4所示，如果材料的检测面是平面，则对应的检测楔块就是平面检测楔块401。亚克力的纵波声速为V1，材料的纵波声速为V2，则α=arcsin(V1/V2)。 [0025] 如图5所示，如果材料的检测面是曲面，则对应的检测楔块就是曲面检测楔块403。亚克力的纵波声速为V1，材料的纵波声速为V2，两个检测探头402的间距为L，工件3曲面的曲率半径为R，则α=arcsin(V1/V2)±(90L/ΠR)。凸曲面取正，凹曲面取负。 [0026] 如图1所示，该便携式残余应力调控装置，所述左调控模组2和右调控模组5相对于底部调控模组4对称放置。三者通过角码7连接到底部框架6，所述底部框架6上放置有4台超声换能器电源1，一台所述超声换能器电源1可驱动5个超声换能器210。左调控模组2和右调控模组5也采用型材作为主体框架，所述工件3放置在左调控模组2、右调控模组5和底部调控模组4中间，所述可调底座205是可以前后移动的，模组上的超声换能器210固定在所述滑块211上，滑块211安装在支架212的T型槽内也能够上下移动，所述支架211固定在底板204上可以旋转。所以可以适用于不同外形的工件。所述工件3每个部位调控的时间以及振幅，都根据之前测定的残余应力来设置，将参数输入超声波换能器电源1，即可开始调控。 [0027] 所述底部框架6下面通过脚轮连接板8安装有4个脚轮9，可以方便移动，超声波换能器电源1放置在底部框架6上。无论装置在任何地方，只需接电，即可进行调控工作。所述脚轮9带有刹车，在调控时锁紧刹车，可避免装置移动。 [0028] 所述左调控模组2与右调控模组5为相同组件，如图2所示。采用铝合金型材202搭建框架，专用的型材合页201连接铝合金型材202和钣金门203，所述钣金门203可以打开，以此来调试和维护超声换能器电源1。底板204用螺母锁在型材框架上。 [0029] 所述底板204加工有两个与可调底座205一样宽的凹槽，将所述可调底座205放在底板204加工的凹槽内，实现前后移动，翻转板207通过销轴216装在可调底座205上，可实现旋转。底座214用螺栓固定在翻转板207上，翻转板207与底座214有三角筋208作为固定支撑。 [0030] 所述超声换能器210安装在滑块211上面，滑块211可以在支架212的T型槽里上下滑动，滑块211也可与支架通过螺栓螺母固定。支架212与底座214有三角支撑213连接固定。所述翻转板207与可调底座205的旋转位置可以通过轴肩螺栓209和蝶形螺母215确定，通过所述支撑模组206固定整个底座214以及与底座214固定的零件。超声换能器210也就与之固定。 [0031] 如图3所示，所述支撑模组206的吊耳303固定在底板204上，吊块302安装在两个吊耳303上，可以转动，吊块302中间有螺纹孔，支撑杆301下端的螺纹与吊块302的螺纹孔匹配。铰接固定板309安装在底座214上，铰接块306通过大销轴307穿在铰接固定板309上，大销轴307上有开口销308，防止大销轴307脱落，支撑杆301上端顶在铰接块306的凹槽处。这样，转动支撑杆301就可以调节底座214旋转的位置。可调底座205通过螺栓305螺母304连接在底板204上，移动可调底座205时，将螺母304松开，位置确定后，将螺母304锁紧，这样可以防止可调底座205被支撑模组206顶起，位置发生偏移。 |
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