[实用新型]多曲率曲面的超声复合自适配抗疲劳精密加工系统

说明书

本实用新型公开了一种多曲率曲面的超声复合自适配抗疲劳精密加工系统，属于机械精密加工共性技术领域，本实用新型要解决的技术问题为如何加工具有多曲率曲面的关键零部件的曲面，保证具有多曲率曲面零件的抗疲劳性能，采用的技术方案为：其结构包括柔性磨头装置和控制单元，控制单元电连接并控制柔性磨头装置、超声耦合剂循环结构以及冲击振动结构，柔性磨头装置用于加工零部件的多曲率曲面，控制单元用于控制柔性磨头装置的工作状态；柔性磨头装置包括柔性调节箱体、超声耦合剂循环结构和冲击振动结构，冲击振动结构设置在柔性调节箱体内，柔性调节箱体内部连通超声耦合剂循环结构。

技术领域

本实用新型属于机械精密加工共性技术领域，具体地说是一种多曲率曲面的超声复合自适配抗疲劳精密加工系统。

背景技术

随着产品性能需求的不断提升，越来越多的多曲率曲面关键零部件被广泛地应用于航空航天、国防军工、生物医学等许多重要领域，如何加工具有多曲率曲面的关键零部件的曲面，保证具有多曲率曲面零件的抗疲劳性能是目前亟需解决的技术问题。

比如气门，气门广泛应用于地面上各种运输车辆（汽车、拖拉机、内燃机车等）、矿山、石油、建筑及工程等机械，农林业机械、发电站和军事装备等方面的内燃机。气门在工作中不仅承受着高频冲击、交替变化的拉应力及热应力，而且承受着高温腐蚀与高速燃气冲刷。在恶劣的工作环境下容易产生气门密封作用失效，甚至疲劳断裂。气门失效时，轻则损及发动机功率，重则机器报废甚至产生恶性事故。

气门典型的断裂形式有：气门杆部断裂、杆部与头部连接处断裂和气门盘部断裂。采用宏/微观检验、化学成分分析和硬度测试等方法对断裂部位进行分析表明气门断裂源自于疲劳失效。发动机气门的疲劳失效由产品质量和使役环境（介质及载荷）决定，但是使役环境在气门服务期内受其服务功能制约基本是不可改变的，所以疲劳寿命在更大的程度上取决于气门的加工表面完整性加工表面完整性主要包括表面粗糙度、三维微观表面形貌、残余应力及其分布、加工硬化、微观组织结构等。常用气门材料（如高镍合金NiCr20TiAl、Ni30、Inconel751）属于典型的难加工材料，对应力集中、应变率非常敏感，在高应变速率条件下容易产生微裂纹。因此，气门的加工表面完整性及疲劳寿命是发动机制造业关注的热点和焦点问题。

由于机械零件的疲劳破坏一般总是从表面层开始的，所以在机械加工阶段开发新制造工艺并定量设计工艺参数使零件具有优化的加工表面完整性从而获得最长疲劳寿命是机械与制造科学领域的关键共性技术问题。目前气门制造企业大多仍采用渗氮、渗碳、镀铬等传统热处理工艺对气门表面进行强化处理，其本质在于通过对气门表面进行改性处理以强化表面力学性能从而提高疲劳寿命。然而，为了达到气门表面的精度要求，在表面强化处理工艺之后仍需要进一步精磨加工，加工过程复杂，加工成本高。

气门表面由圆柱面（导杆部）、圆锥面（盘锥面）和过渡曲面组成，属于典型的多曲率复杂曲面。其导杆部、盘锥面和过渡曲面的磨削加工需要不同的砂轮或成型砂轮，因而传统的气门精密加工工艺需要较多的工序才能完成。另外，普通磨削由于磨削高温、反复碾压材料过度变形、微裂纹、残余应力和表面层污染等形成表面缺陷层，同时表面粗糙度和波纹度也较大，这将影响零件疲劳强度、抗蚀性和接触刚度等使役性能。故气门的抗疲劳性能也急需提高。

发明内容

本实用新型的技术任务是提供一种多曲率曲面的超声复合自适配抗疲劳精密加工系统，来解决如何加工具有多曲率曲面的关键零部件的曲面，保证具有多曲率曲面零件的抗疲劳性能的问题。

本实用新型的技术任务是按以下方式实现的，多曲率曲面的超声复合自适配抗疲劳精密加工系统，包括柔性磨头装置和控制单元，控制单元电连接并控制柔性磨头装置、超声耦合剂循环结构以及冲击振动结构，柔性磨头装置用于加工零部件的多曲率曲面，控制单元用于控制柔性磨头装置的工作状态；