[发明专利]基于纵扭复合振动的超声滚压内孔表面强化方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于纵扭复合振动的超声滚压内孔表面强化方法及装置，包括超声振动系统，中心高调节机构以及滚压机构。纵扭复合变幅杆与夹心式压电陶瓷换能器经双头螺柱连接后形成超声振子，通过内六角螺栓将超声振子固定在刀柄内腔中，焊接在振子换能器上的导线经刀柄尾部的出线孔与外部超声波电源相连；变幅杆小端面的螺纹孔通过双头螺柱与顶轴端面上的螺纹孔相连，顶轴与保持套螺纹连接，更换滚压机构即可满足不同孔径工件的加工。本发明结构紧凑、通用性好，纵扭复合的高频振动可以在较小的静压力下使工件内表面产生剧烈的塑性变形，发生晶粒细化的现象，在工件表层形成残余压应力，大幅减小表面粗糙度，显著提高工件的表面完整性。

技术领域

本发明涉及一种内孔类零件的滚压装置，特别是涉及一种基于纵扭复合振动的超声滚压内孔表面强化方法及装置。

背景技术

随着航空航天、高速列车以及高端机床等产业的飞速发展，对工件的抗疲劳性能提出了越来越高的要求。传统的滚压强化技术在滚柱与零件表面接触区会产生较大的摩擦力，致使工件次表面产生划伤、滚柱磨损快、加工效率低等问题。

将超声冲击与静载滚压相结合，对金属零部件进行强化处理。加工过程中，因高频的超声作用，使工件内表面与滚柱产生分离现象，提高了冷却液在滚压区的流通能力，改善恶劣的滚压环境。超声振动冲击与静压力一起作用于滚柱，使零件表面不断强化，表面组织不断优化，在零件次表面形成有益的残余压应力，显著提高了零件的表面完整性，延长工件的使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于纵扭复合振动的超声滚压内孔表面强化方法及装置，以解决现有技术使用时，工件表面完整性差、残余应力不均、加工效率低的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于纵扭复合振动的超声滚压内孔表面强化装置，包括超声振动系统，中心高调节机构以及滚压机构；所述超声振动系统包括纵扭复合变幅杆、夹心式压电陶瓷换能器、刀柄、超声波电源；纵扭复合变幅杆与夹心式压电陶瓷换能器经双头螺柱连接后形成超声振子，通过法兰盘将超声振子固定在刀柄内腔中，焊接在换能器上的导线经刀柄尾部的出线孔与外部超声波电源相连；所述滚压机构包括滚柱、顶轴、保持套以及对顶螺母；顶轴与保持套螺纹连接，保持套的一端设有对顶螺母止动，设在变幅杆小端面的螺纹孔通过双头螺柱与顶轴螺纹孔连接；所述中心高调节机构包括楔形上块、楔形下块；刀柄底座与楔形上块螺栓连接，楔形下块通过螺栓固定在车床的刀盘底座上。

所述纵扭复合变幅杆的纵向振动方向沿变幅杆轴向，扭转振动方向沿着变幅杆圆周回环往复，同频的超声振动使滚柱在空间内形成椭圆运动轨迹，将速度分解为垂直和平行于工件的两个分速度，映射到工件表层组织上会产生正应力与剪应力，使零件次表面发生晶粒细化的现象，且高频的纵扭复合振动使滚柱对工件内表面产生熨压的效果。

所述保持套周向设有八个滚柱孔，滚柱通过热胀的方式装配到滚柱孔内。

所述保持套轴向开四个内冷孔，冷却液进入内冷孔并通过尾部的斜孔喷射到滚压区。

所述滚压机构可以更换，对不同尺寸的内孔滚压，只需更换相对应的滚压机构即可满足加工要求。

所述中心高调节装置由两个楔形块组成，楔形下块与车床连接，楔形上块与刀柄底座连接，滑动楔形上块的位置，调整滚压机构的轴线与工件的轴线重合，上下块的相对位置通过螺栓固定。

所述顶轴与变幅杆的连接端面尺寸应相同，各连接面要求配合紧密、过渡平滑。

本发明的有益效果是：

1．本发明基于纵扭复合振动的原理，在滚压过程中，纵扭复合的高频振动使材料表面受到外加载荷高频反复的冲击，可以在较小的静压力下使工件内表面产生剧烈的塑性变形，使得表面粗大晶粒产生纳米化效果，显著提高了工件表层的显微硬度和残余压应力，从而提高零件内表面的承载能力、抗疲劳强度、耐磨耐腐蚀性等。