一种基于半导体制冷技术的低温超声喷丸装置及使用方法

1.本发明涉及材料表面形性改造技术领域，特别涉及一种基于半导体制冷技术的低温超声喷丸装置及使用方法。


背景技术：

2.半导体制冷技术是利用半导体进行热传递的冷却技术，半导体构成的pn结具有珀尔帖效应，直流电流通过时，在半导体两端产生稳定温差，使冷端温度快速降低。相较于传统降温设备，半导体制冷装置无需运动部件，结构简单，可靠性好，具有不产生废气污染的优点。
3.超声喷丸技术作为一种材料表面加工技术，利用高频率的机械振动驱动撞针，产生较大的冲击力，撞击金属材料工件，对金属材料表面进行形性改造，引发的残余压应力可用于金属材料表面强化处理。与传统的喷丸成型技术相比，超声喷丸技术工作效率高、设备体积小，操作简便且无污染。
4.现有超声喷丸技术中，对于低温环境下超声喷丸加工，缺乏针对超声喷丸系统设计的有效控温设备。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于补充现有技术空缺，提供基于半导体制冷技术的低温超声喷丸装置，其特点是无需外界设备的降温下实现低温情况的喷丸处理。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于半导体制冷技术的低温超声喷丸装置，包括超声信号发生器、超声喷丸枪、低温箱体、降温部件、可移动加工台、超声喷丸枪固定装置；所述降温部件固定于低温箱体外侧壁；所述超声喷丸枪、可移动加工台、超声喷丸枪固定装置位于低温箱体内部；所述超声信号发生器位于低温箱体外部；
8.所述超声波换能器与超声喷丸枪连接，为超声喷丸枪提供特定频率超声信号；
9.所述超声喷丸枪由换能器、变幅杆、撞针、尾部端盖组成，其中，换能器和变幅杆结构位于密封外壳内，超声喷丸枪前端安装撞针，尾部安装端盖；
10.所述低温箱体正面使用透明箱门，除正面、降温部件连接面外，其余面具有保温夹层，底面分布滑槽、螺纹杆，侧壁安装示温器，顶部安装有电池盒；
11.所述可移动加工台固定于螺纹杆，螺纹杆与外侧手柄相连，通过旋转手柄，控制可移动加工台相对超声喷丸枪运动，实现工件表面范围加工。
12.优选的，所述超声喷丸枪固定装置固定于低温箱体底板，由夹具、螺柱和螺母组成，夹具用于夹持超声喷丸枪，螺母将装夹具固定在螺柱上，可通过调节螺母调整超声喷丸枪垂直高度。
13.优选的，所述降温部件包括半导体制冷片、散热器和风扇组成，其连接直流电池块位于低温箱体上部。
14.优选的，所述半导体制冷片两面均使用导热硅脂填充，冷端面贴附于低温箱体侧壁，散热器和风扇组成，制冷片、风扇使用12v直流电元件，其连接直流电池块位于低温箱体上部。
15.优选的，所述半导体制冷片冷端面紧密贴合于低温箱体外侧壁，热断面贴合于散热器，散热器另一面固定风扇。
16.优选的，温度的控制无需额外降温设备，仅由降温部件向箱体外散热进行控制。
17.一种基于半导体制冷技术的低温超声喷丸方法，包括如下的几个步骤：
18.步骤一:打开低温箱体箱门，将工件固定于可移动加工台上，装夹超声喷丸枪至超声喷丸固定装置上，调节至适当加工高度；
19.步骤二:连接超声喷丸枪与超声信号发生器，在超声信号发生器上设置需要的功率和频率；
20.步骤三:关闭箱门，打开降温部件开关；
21.步骤四:当示温器示数位于选定工作范围时，关闭降温部件开关，打开超声喷丸枪开关，开始喷丸加工；
22.步骤五:旋转手柄，控制工件向前运动，实现工件表面全加工。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.本发明在低温箱体内进行超声喷丸加工，超声喷丸枪中的换能器接收超声信号发生器生成的超声波电信号，转化为高频二阶振动，变幅杆放大振幅，激励撞针对工件表面进行碰撞处理，实现超声喷丸处理效果。与现有技术相比，本发明提供了一种有效的降温方法，实现加工温度的降低；与传统制冷技术相比，半导体制冷技术无污染控温结构简单，装置体积较小，无需压缩泵，减少噪声产生。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是基于半导体制冷技术的低温超声喷丸装置部件示意图；
27.图2是低温箱体示意图；
28.图3是超声喷丸枪示意图；
29.图4是降温控件示意图；
30.图中：1为超声信号发生器、2为超声喷丸枪、3为低温箱体、4为超声喷丸枪固定装置、5为手柄、6为超声喷丸枪开关、7为降温部件开关、8为螺纹杆、9为螺母、10为螺柱、11为夹具、12为滑槽、13为可移动加工台、14为工件、15为电池盒，16为示温器、17为保温夹层、18为尾部端盖、19为换能器、20变幅杆、21为撞针、22为半导体制冷片、23为散热器、24为风扇。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：
33.本实施例中，提供了一种低温环境超声喷丸加工装置，具体装置包括：超声信号发生器1、超声喷丸枪2、低温箱体3、超声喷丸枪固定装置4、手柄5、超声喷丸枪开关6、降温部件开关7、螺纹杆8、螺母9、螺柱10、夹具11、滑槽12、可移动加工台13、工件14、电池盒15，示温器16、保温夹层17、尾部端盖18、换能器19、变幅杆20、撞针21、半导体制冷片22、散热器23、风扇24；
34.一种基于半导体制冷技术的低温超声喷丸装置，包括超声信号发生器1、超声喷丸枪2、低温箱体3、降温部件、可移动加工台13、超声喷丸枪固定装置4；所述降温部件固定于低温箱体3外侧壁；所述超声喷丸枪2、可移动加工台13、超声喷丸枪固定装置4位于低温箱体3内部；所述超声信号发生器1位于低温箱体3外部；具体的，所述超声喷丸枪固定装置4固定于低温箱体3底板，由夹具11、螺柱10和螺母9组成，夹具11用于夹持超声喷丸枪2，螺母9将装夹具11固定在螺柱10上，可通过调节螺母9调整超声喷丸枪2垂直高度。
35.本实施例中，所述降温部件包括半导体制冷片22、散热器23和风扇24组成，其连接直流电池块位于低温箱体3上部。其中，所述半导体制冷片22两面均使用导热硅脂填充，冷端面贴附于低温箱体3侧壁，散热器23和风扇24组成，制冷片、风扇24使用12v直流电元件，其连接直流电池块位于低温箱体3上部。所述半导体制冷片22冷端面紧密贴合于低温箱体3外侧壁，热断面贴合于散热器23，散热器23另一面固定风扇24。温度的控制无需额外降温设备，仅由降温部件向箱体外散热进行控制。
36.所述超声波换能器19与超声喷丸枪2连接，为超声喷丸枪2提供特定频率超声信号。
37.所述超声喷丸枪2由换能器19、变幅杆20、撞针21、尾部端盖18组成，其中，换能器19和变幅杆20结构位于密封外壳内，超声喷丸枪2前端安装撞针21，尾部安装端盖；
38.所述低温箱体3正面使用透明箱门，除正面、降温部件连接面外，其余面具有保温夹层17，底面分布滑槽12、螺纹杆8，侧壁安装示温器16，顶部安装有电池盒15；
39.所述可移动加工台13固定于螺纹杆8，螺纹杆8与外侧手柄5相连，通过旋转手柄5，控制可移动加工台13相对超声喷丸枪2运动，实现工件14表面范围加工。
40.打开3低温箱体，将14工件固定于13可移动加工台上，装夹2超声喷丸枪至11夹具上，调节加工高度至与21撞针与工件接触，拧紧9螺母。连接超声喷丸枪与1超声信号发生器，在超声信号发生器上设置需要的功率和频率，关闭箱门。
41.打开7降温部件开关，通电后，15电池盒为22半导体制冷片、24风扇提供直流电源，半导体制冷片的冷端与低温箱体侧壁接触，通过导热硅脂，将其热量迅速转移至热端，热端借助23散热器散热，配合风扇使热端充分散热，实现热量持续转移，使低温箱体内温度降低。
42.观察16示温器示数，当其降低至选定工作范围时，关闭降温部件开关，17保温夹层有效保存箱体内的低温环境，打开6超声喷丸枪开关，开始喷丸加工。超声信号发生器将220v,50hz信号转换为高频超声信号，提供至超声喷丸枪，利用19换能器处转换为高频机械振动，经过20变幅杆放大，驱动21撞针高频撞击工件，实现低温环境下的喷丸处理。伴随喷
丸加工过程，旋转5手柄，使8螺纹杆匀速旋出，使固连的可移动工作台及工件相对超声喷丸枪沿12滑槽前向运动，实现工件表面全加工。
43.该加工方法无需额外的降温装置，仅由装置中的降温控件提供低温环境，利用半导体降温技术，可实现精准，快速控温。
44.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。