本发明涉及金属增材装置技术领域，尤其涉及一种超声冲击去应力增材装置及去应力方法。

背景技术：

在金属丝材增材领域，主要技术有电弧增材、激光增材、电子束增材等方式，电弧增材和激光增材均需要大能量输入，将气体电离至等离子态进而融化金属丝材，这就导致了能量输入难控制、残余应力大、变形大等问题。

因此需要对增材产品进行去应力，现有方法主要为压力滚压去应力，该方法要求施加压力一般超过10吨，要求滚压设备尺寸大、刚度强、成本高，同时对于复杂构型零件，滚压轮无法有效滚压转角、折角等位置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超声冲击去应力增材装置及去应力方法，利用超声冲击去应力机构将电能为机械能，对金属增材产品通过高速冲击的形式进行能量传递，改变产品成型后的静力施压改善应力方式，一方面降低了设备成本，一方面提高了加工效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超声冲击去应力增材装置，包括机架和工作台，所述机架上设有用于金属丝材熔融的焊头，所述焊头位于工作台的上方，其一侧设有超声冲击去应力机构，所述超声冲击去应力机构包括超声波换能器、变幅杆和冲击头，所述冲击头通过变幅杆与超声波换能器相连用于冲击工作台上的产品进行应力释放。

作为进一步的优化，所述机架上位于焊头的一侧设有壳体，所述壳体内形成腔室，所述超声波换能器固定于腔室内。

作为进一步的优化，所述腔室内设有固定环，所述超声波换能器经固定环限位。

作为进一步的优化，所述超声波换能器为倒喇叭型换能器。

作为进一步的优化，所述超声波换能器与变幅杆通过锁紧螺栓固定连接。

作为进一步的优化，所述变幅杆包括柱头部和定位部，所述定位部成型于柱头部的上端，其通过锁紧螺栓安装于超声波换能器下部内，所述冲击头安装于柱头部的下端。

作为进一步的优化，所述定位部为圆锥台形结构，其周身具有定位斜面，所述超声波换能器内设有与定位斜面相匹配的定位抵接面；所述超声波换能器的下端面抵接于所述柱头部的上端面。

作为进一步的优化，所述变幅杆与冲击头之间安装有垫片。

作为进一步的优化，所述焊头的熔融热源为电弧热源、激光源或电子束源。

本发明还提供了一种超声冲击去应力增材装置的去应力方法，使用超声冲击去应力增材装置，包括如下步骤，

s1)焊头对金属丝材进行熔融，并在工作台上成型产品；

s2)超声冲击去应力机构沿产品成型路径对产品进行反复冲击去应力。

超声波换能器冲击频率通过计算设置为能够激起金属材料产品的共振频率，通过高频冲击，使金属表层产生较大压缩塑性变形，同时也可以改变原有应力场，可以一定程度上释放应力，并细化晶粒，极大解决了金属熔丝增材过程中残余应力大、易产生变形等问题。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

超声波换能器将电能转化为机械能并通过变幅杆放大，冲击头施加冲击力，推动冲击头高速前冲；冲击头冲击产品后，能量向成型产品传递，以消除内应力，可在产品成型后即对其进行应力释放，而且从传统的静力施压改善应力改为超声共振改善并释放应力，一方面降低了设备成本，一方面提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明变幅杆与锁紧螺栓的连接示意图。

图3为本发明定位部安装于超声波换能器内部的示意图。

图中，1.机架；2.焊头；20.电弧热源；3.工作台；4.超声冲击去应力机构；40.螺栓；41.壳体；42.超声波换能器；421.定位抵接面；43.变幅杆；431.柱头部；4311.水平抵接面；432.定位部；4321.定位斜面；44.冲击头；45.锁紧螺栓；46.垫片；47.固定环；100.产品。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至3所示，一种超声冲击去应力增材装置，包括机架1和工作台3，机架1上设有用于金属丝材熔融的焊头2，焊头2位于工作台3的上方，其一侧设有超声冲击去应力机构4，超声冲击去应力机构4包括超声波换能器42、变幅杆43和冲击头44，冲击头44通过变幅杆43与超声波换能器42相连用于冲击工作台3上的产品100进行应力释放。

机架1上位于焊头2的一侧设有壳体41，壳体通过螺栓40固定于机架上，壳体41内形成腔室，超声波换能器42固定于腔室内；腔室内设有固定环47，超声波换能器42经固定环47限位。

通过壳体和固定环，可以稳固的安装超声波换能器，保证其工作稳定性。

超声波换能器42为倒喇叭型换能器。

超声波换能器42与变幅杆43通过锁紧螺栓45固定连接，锁紧螺栓45选用双头螺栓，即通过变幅杆和超声波换能器的反向锁紧，将二者固定连接。

变幅杆43包括柱头部431和定位部432，定位部432成型于柱头部431的上端，其通过锁紧螺栓45安装于超声波换能器42下部内，冲击头44安装于柱头部431的下端；定位部432为圆锥台形结构，其周身具有定位斜面4321，超声波换能器42内设有与定位斜面4321相匹配的定位抵接面421；超声波换能器42的下端面抵接于柱头部431的上端面。

通过定位斜面与定位抵接面的配合，可以保证变幅杆与超声波换能器安装同轴度；通过柱头部上端面为水平抵接面4311，可以保证超声波换能器的能量最大程度的传递给变幅杆，避免能量损失。

变幅杆43与冲击头44之间安装有垫片46，保证二者之间的连接可靠度。

焊头2的熔融热源为电弧热源、激光源或电子束源，本实用中选用电弧热源20，但不限于此种金属丝材熔融形式。

本发明增材装置的具体去应力方法为：

焊头对金属丝材进行熔融，并在工作台上成型产品；超声冲击去应力机构沿产品成型路径对产品进行反复冲击去应力。

超声冲击去应力机构中的超声波换能器将输入的高频高电压交流电流转换成机械能，其表现形式是换能器在纵向作往复伸缩运动，通过变幅杆放大，并对冲击头施加冲击力，推动冲击头高速前冲；冲击头冲击产品后，能量向成型产品传递，以消除内应力；冲击头受产品的反作用后回弹，碰到高频振动的变幅杆后，再次受到激发，又一次高速度撞向产品，如此反复多次，完成冲击作业去除应力。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。