一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的設計方法技術

本發明專利技術公開一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的設計方法，首先確認沖擊針的振幅和變幅桿的最小徑向面積；根據變幅桿端面面積與變幅桿徑向面積之比增大一倍，沖擊針的振幅減小至原來的四分之一，計算得到相應的變幅桿端面的最大面積；根據變幅桿端面的最大面積以及沖擊槍槍殼尺寸限制，確認變幅桿端面長寬尺寸，并根據沖擊針的直徑和沖擊針針間間隙，在變幅桿端面形成沖擊針矩陣；最后圍繞變幅桿端面中心點進行旋轉，落入沖擊有效面積中的沖擊針矩陣即為最后沖擊針在變幅桿端面的分布矩陣。本發明專利技術實現多個沖擊針的安裝，較現有沖擊頭提高工作效率和沖擊強度，有效改善焊接結構中存在的應力腐蝕開裂，失穩變形，疲勞壽命縮短等問題。

【技術實現步驟摘要】
一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的設計方法本申請是母案申請“一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭及其設計方法”的分案申請，母案申請申請號為2013102016550，申請日為2013年5月27日。
本專利技術涉及金屬表面納米化
，更加具體地說，涉及一種超聲沖擊(噴丸)槍用多針式沖擊頭及其設計方法，可廣泛應用于抗應力腐蝕、變形矯正、消除殘余應力、金屬表面納米化等領域。
技術介紹
金屬加工過程中，金屬焊接是加工過程中常用的一種加工方法，金屬材料按照形狀、尺寸進行焊接后，由于焊趾的應力集中及殘余拉伸應力等因素的作用，通常焊接接頭的疲勞性能遠遠低于基本金屬，焊接疲勞裂紋常起裂于接頭焊趾處，由此導致如海洋采油平臺、橋梁、機車車輛、船舶、飛機等大型焊接結構件事故時常發生，給人們的人身安全、工作、旅行、生活、財產等方面帶來一些嚴重的損失和影響。因此，改善焊接接頭的疲勞強度成了人們長期要解決的難題，通常人們常常采用錘擊法、熔修法、噴丸法等來提高焊接接頭及結構的疲勞性能，但其效率、效果及適用范圍等方面都存在不少缺點和問題。近來人們采用磁致伸縮式超生沖擊裝置來對焊趾進行處理，以提高焊接接頭的疲勞強度、延長其使用壽命，但是由于磁致伸縮式超聲沖擊裝置的損耗較大，效率只能達到30％左右；操作時易于發熱，需要使用水、油等液體進行冷卻；且產品造價很高，體積和重量也較大，操作不方便，因而不利于在各種工作場所中推廣、使用和操作。為提高焊接結構抗應力腐蝕性能、消除殘余應力以及焊后變形矯正，當今普遍公認的方便、有效的技術之一是采用超聲沖擊裝置對金屬焊接部位的焊趾部位進行處理。申請號為02100037.9的中國專利技術專利公開了“一種提高焊接接頭疲勞性能的壓電式超聲沖擊裝置”，目前實際工程應用過程中基本采用這一類型。以往的超聲噴丸工具輸出端和沖擊頭均為圓形體，受幾何形狀所限，噴丸處理過程效率低下，在實際應用過程中表現出一定的局限性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，針對上述
技術介紹
論述中已有超聲噴丸過程中的不足，提出一種新型高效的超聲噴丸槍(超聲沖擊槍)用多針式沖擊頭。本專利技術的技術目的通過下述技術方案予以實現：一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭，由變幅桿端面，沖擊針罩板和沖擊針三部分組成，所述變幅桿端面的末端直接與變幅桿螺紋相連，其端面設置有沖擊針，所述沖擊針穿過設置在沖擊針罩板上的沖擊針孔，所述沖擊針罩板與超聲沖擊槍槍體固定相連。其中沖擊針與變幅桿端面之間保留適度的活動間隙以保證沖擊針正常振動，將裝配好的多針式沖擊頭放置于超聲沖擊槍前端，對待處理工件進行噴丸處理。所述變幅桿端面和沖擊針罩板的中央是沖擊有效面積(A)，占整個變幅桿端面和沖擊針罩板面積的70％—80％，用于安裝沖擊針和打出沖擊針孔；在沖擊針罩板的周邊設置用于安裝和固定的安裝孔。所述沖擊針選擇如附圖所示的兩種沖擊針，其中一種沖擊針選擇沖擊端為圓頭，尾端為圓臺，和變幅桿端面相接觸；另一種沖擊針選擇階梯圓柱形狀，沖擊端和尾端均為圓頭狀；可選擇在所述變幅桿端面沖擊針安裝的位置設置凹坑，用于安裝沖擊針。所述沖擊槍可選用半波長超聲沖擊槍，該類沖擊槍換能器和變幅桿的尺寸分別為系統諧振頻率對應波長的四分之一，也可選用全波長超聲沖擊槍，沖擊槍換能器和變幅桿的尺寸分別為系統諧振頻率對應波長的二分之一。在沖擊槍中，使用的換能器可選用壓電陶瓷換能器，該換能器由2至12片偶數片壓電陶瓷組成，也可選用磁致伸縮式換能器。變幅桿端面形狀為長方形，與沖擊針罩板形狀相同，變幅桿端面和沖擊針罩板尺寸為a×b，沖擊針的直徑為d(即沖擊針針孔)，針間間隙為c，則長度方向上可以分布的沖擊針數量(i)為a/(d+c)+1，寬度方向上沖擊針的數量(l)為b/(d+c)+1，由此在變幅桿端面和沖擊針罩板形成了一個i×l的矩陣，為了保證直線方向上100％的覆蓋率并提高沖擊效率，將此矩陣圍繞中心點旋轉θ角，其中θ的取值范圍為5—25度，即可依據沖擊有效面積(A)得到最終沖擊針(孔)的分布圖，此時沖擊針和沖擊針孔充滿沖擊有效區域內并成行列布置，與水平方向成θ角，其中θ的取值范圍為5—25度。一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的設計方法，按照下述步驟進行：步驟1，確認沖擊針的振幅和變幅桿的最小徑向面積s；步驟2，根據變幅桿端面面積與變幅桿徑向面積之比(記為r)增大一倍，沖擊針的振幅減小至原來的四分之一，計算得到相應的變幅桿端面的最大面積S；步驟3，根據變幅桿端面的最大面積S以及沖擊槍槍殼尺寸限制，確認變幅桿端面長寬尺寸為a×b，此時沖擊針的直徑為d，沖擊針針間間隙為c，則在長度方向上可以分布的沖擊針數量(i)為a/(d+c)+1，寬度方向上沖擊針的數量(l)為b/(d+c)+1，即可在變幅桿端面形成i×l的沖擊針矩陣；步驟4，將步驟3得到的沖擊針矩陣圍繞變幅桿端面中心點旋轉θ角，其中θ的取值范圍為5-25度，此時整個沖擊針矩陣與水平方向呈現夾角θ；步驟5，設位于變幅桿端面中央的區域為沖擊有效面積(記為A)，占整個變幅桿端面面積的70％—80％，整個沖擊針矩陣經過旋轉θ角后，落入該沖擊有效面積中的沖擊針矩陣即為最后沖擊針在變幅桿端面的分布矩陣；同理在沖擊針罩板上形成與變幅桿端面上沖擊針分布矩陣相應的沖擊針孔。其中所述變幅桿端面面積為用于安裝沖擊針的端面面積，所述變幅桿徑向面積為變幅桿的徑向橫截面積，如附圖8所示。與現有技術相比，利用本專利技術的技術方案可在不同大小的沖擊槍上設置多個沖擊針(即形成沖擊針的分布矩陣)，由于采用多個沖擊針，使用本專利技術的超聲噴丸多針式沖擊頭后在進行超聲沖擊(噴丸)時可在同一時間對更大面積進行處理，不僅可大幅度提高噴丸效率(對同一尺寸的樣品可減少往返次數和停留時間)，并且沖擊強度提高了近5％，還可以保證對同一區域內處理效果的均一化，可有效改善焊接結構中存在的應力腐蝕開裂，失穩變形，疲勞壽命縮短等問題。附圖說明圖1是本專利技術超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的變幅桿端面示意圖。圖2是本專利技術超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的沖擊針罩板示意圖。圖3是本專利技術超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的一種沖擊針示意圖。圖4是本專利技術超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的另一種沖擊針示意圖。圖5是本專利技術超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的裝配圖，其中1為沖擊針，2為沖擊針罩板，3為變幅桿端面。圖6是本專利技術超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的裝配圖剖面視圖，其中1為沖擊針，2為沖擊針罩板，3為變幅桿端面。圖7是在本專利技術中變幅桿端面、沖擊針罩板上設置沖擊針孔的步驟示意圖，其中A為沖擊有效面積，變幅桿端面和沖擊針罩板尺寸為a×b，沖擊針的直徑為d，針間間隙為c。圖8是本專利技術中變幅桿端面面積和變幅桿徑向面積示意圖，其中變幅桿端面用于安裝沖擊針，變幅桿端面下方與變幅桿固定連接，變幅桿的徑向橫截面積為變幅桿徑向面積。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例進一步對本專利技術的技術方案作以詳細描述。如附圖1—6所示，本專利技術的超聲沖擊槍用多針式沖擊頭，包括沖擊針1，沖擊針罩板2，變幅桿端面3。所述變幅桿端面的末端直接與變幅桿螺紋相連，其端面設置有沖擊針，所述沖擊針穿過設置在沖擊針罩板上的針孔，所述沖擊針罩板與超聲沖擊槍槍體固定相連。其中沖擊針與變幅桿端面之間保留適度的活動間隙以保證沖擊針正常振動，將裝配好的多針式沖擊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的設計方法，其特征在于，按照下述步驟進行：步驟1，確認沖擊針的振幅和變幅桿的最小徑向面積s；步驟2，根據變幅桿端面面積與變幅桿徑向面積之比增大一倍，沖擊針的振幅減小至原來的四分之一，計算得到相應的變幅桿端面的最大面積S；步驟3，根據變幅桿端面的最大面積S以及沖擊槍槍殼尺寸限制，確認變幅桿端面長寬尺寸為a×b，此時沖擊針的直徑為d，沖擊針針間間隙為c，則在長度方向上可以分布的沖擊針數量(i)為a/(d+c)+1，寬度方向上沖擊針的數量(l)為b/(d+c)+1，即可在變幅桿端面形成i×l的沖擊針矩陣；步驟4，將步驟3得到的沖擊針矩陣圍繞變幅桿端面中心點旋轉θ角，其中θ的取值范圍為5?25度，此時整個沖擊針矩陣與水平方向呈現夾角θ；步驟5，設位于變幅桿端面中央的區域為沖擊有效面積，所述沖擊有效面積記為A，占整個變幅桿端面面積的70％—80％，整個沖擊針矩陣經過旋轉θ角后，落入該沖擊有效面積中的沖擊針矩陣即為最后沖擊針在變幅桿端面的分布矩陣；同理在沖擊針罩板上形成與變幅桿端面上沖擊針分布矩陣相應的沖擊針孔。

【技術特征摘要】
1.一種超聲沖擊槍用多針式沖擊頭的設計方法，其特征在于，按照下述步驟進行：步驟1，確認沖擊針的振幅和變幅桿的最小徑向面積s；步驟2，根據變幅桿端面面積與變幅桿徑向面積之比增大一倍，沖擊針的振幅減小至原來的四分之一，計算得到相應的變幅桿端面的最大面積S；步驟3，根據變幅桿端面的最大面積S以及沖擊槍槍殼尺寸限制，確認變幅桿端面長寬尺寸為a×b，此時沖擊針的直徑為d，沖擊針針間間隙為c，則在長度方向上可以分布的沖擊針數量i為a/(d+c)+1，寬度方向上沖擊針的數量l為b/(d+c)+1，即可在變幅桿端面形成i×l的沖擊針矩陣；步驟4，將步驟3得到...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王東坡，吳良晨，張濤，柳陽，黃超，
申請(專利權)人：天津天東恒科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：天津;12