[发明专利]超声微坑加工装置

说明书

本发明公开了一种超声微坑加工装置，包括支撑系统和超声微坑声学加工系统；支撑系统包括支撑叶轮轮盘（102），支撑叶轮轮盘（102）上径向均匀安装多个支撑叶轮叶片（105），支撑叶轮叶片（105）端部安装滚轮（108）；支撑叶轮轮盘（102）固定安装于机床安装杆（101）端部的支撑轮安装轴（101a）上。本发明装置应用超声加工的原理，通过高频振动冲击（20KHz以上）在摩擦副表面形成一定规律排布的微坑阵列结构，加工过程无污染，加工效率极高，加工微坑深度可调，加工后微坑形貌良好，且通过振动冲击切削加工在摩擦副表面产生残余压应力，极大改善摩擦副抗疲劳强度，在改善摩擦副摩擦性能的同时，延长其使用寿命。

技术领域

本发明属于摩擦副加工领域，特别涉及微坑加工技术，具体为一种超声微坑加工装置。

背景技术

传统摩擦学理论认为：相互接触的两个表面越光滑磨损量越小。但近年来大量研究表明：具有一定微织构（微坑）的表面，往往体现出更好的摩擦性能。因此，为了优化摩擦副工作性能、降低摩擦副摩擦损耗、提高摩擦副使用寿命，研究人员提出多种加工微坑的技术，主要包括电解加工技术、电火花加工技术、激光表面微造型加工技术、压缩刻印加工技术、超声振动冲击加工技术等。实践表明，以上微坑加工技术存在如下问题：电解加工技术所用工具电极制造复杂，加工成本高，电解液对设备等有腐蚀作用，且电解产物的处理和回收困难，容易产生环境污染；电火花加工技术加工效率较低，被加工表面存在热影响区且工具电极在加工过程中存在损耗，并存在环境污染隐患；激光表面微造型加工会对材料产生微观汽化和烧蚀作用，且微坑周围产生熔融物堆积，需进行二次加工处理，使加工周期变长；压缩刻印加工技术加工成本高、加工效率较低，且不适用于大批量微坑的加工；超声振动冲击加工技术加工过程不稳定，微坑形貌难以调节，且需匹配专用机床，投入成本较高。

为此，有必要发明一种全新的微坑加工装置，以解决现有微坑加工技术存在的上述问题。

发明内容

本发明利用超声加工原理，提供和设计一种结构简单、工作平稳、加工成本低、加工效率高、加工过程无污染、加工表面连续性好、易于控制微坑表面形貌、适应范围广泛的超声微坑加工装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种超声微坑加工装置，包括支撑系统和超声微坑声学加工系统。

所述支撑系统包括支撑叶轮轮盘，所述支撑叶轮轮盘上径向均匀安装多个支撑叶轮叶片，所述支撑叶轮叶片端部安装滚轮；所述支撑叶轮轮盘固定安装于机床安装杆端部的支撑轮安装轴上。

所述超声微坑声学加工系统包括散热保护壳体，所述散热保护壳体上端安装端盖，所述端盖上安装散热风扇；所述散热保护壳体上部表面位于超声换能器位置处设有散热格栅，所述超声换能器下部安装超声复合变幅杆，所述超声复合变幅杆下部设有杆端法兰盘，所述杆端法兰盘与散热保护壳体的底端面连接；所述超声复合变幅杆端头处安装有刀架，所述刀架上安装有微坑加工刀头；所述散热保护壳体外中部设有外壳法兰盘，所述外壳法兰盘与机床安装杆中部的支撑法兰盘固定连接。

以缸套加工为例，缸套水平放置，通过夹具与机床一端相连，超声微坑装置通过三爪卡盘装夹在机床另一端。工作时，超声微坑装置伸入缸套内部，支撑滚轮同缸套内壁接触，微坑加工刀头贴近缸套内壁。具体工作过程如下：预备阶段，预调脉冲式超声发生器设定单程加工时间和输出频率波形；工作阶段，启动机床，缸套在机床带动下按照一定的转速做旋转运动，之后，接通交流电源，散热扇启动，同时，50Hz交流电信号通过脉冲式超声发生器转换为超声频交变电流传输给超声换能器，超声换能器将超声频交变电流信号转变为同频机械振动，再经超声复合变幅杆放大后，带动刀架和微坑加工刀头沿缸套径向作振动冲击切削，机床另一端则带动超声微坑装置以一定的速度沿缸套轴向进给，从而在缸套表面形成按一定规律排布的微坑阵列，设定时间截止，切断交流电源，机床停止工作，换夹缸套另一端，重复上述操作，直至完成加工。

本发明具有如下优点：