專利名稱：一種超聲振動(dòng)滾壓工具頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金屬表面超聲振動(dòng)滾壓加工用的工具頭，屬金屬表面機(jī)械強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械制造、航空航天工業(yè)和汽車工業(yè)等領(lǐng)域中，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，其中零件表面質(zhì)量是影響其產(chǎn)品質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵之一。研究表明，表面機(jī)械強(qiáng)化技術(shù)是改善零件抗疲勞性能的重要途徑之一，能降低殘余拉應(yīng)力或引入殘余壓應(yīng)力，抑制或延緩疲勞裂紋萌生、降低裂紋擴(kuò)展速率，提高零件的抗疲勞性能，還可使材料表面產(chǎn)生加工硬化和顯微組織變化(如晶粒細(xì)化等)，在航空航天、車輛以及艦船等運(yùn)載機(jī)械的零部件制造中得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的表面機(jī)械強(qiáng)化技術(shù)主要有噴丸、滾壓和滾光等，噴丸處理是一種廣泛應(yīng)用的抗疲勞表面強(qiáng)化工藝，由于噴丸所用的丸粒直徑較小，撞擊動(dòng)能有限，因而能產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力層的深度較淺；此外，噴丸通常會(huì)增加零件的表面粗糙度，這對(duì)抗疲勞是不利的，且對(duì)薄板工件的處理，容易使工件變形，且鋼丸打擊到工件表面(無(wú)論拋丸或噴丸)使金屬基材產(chǎn)生變形。由于在滾壓體和零件表面的接觸處會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，傳統(tǒng)的滾壓加工會(huì)在零件次表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力并對(duì)零件表面造成劃傷，并且這種損傷會(huì)隨滾壓強(qiáng)度增大而加劇，采用該工藝很難達(dá)到深滾的效果。近年來(lái)，深滾、低塑性滾光、激光沖擊強(qiáng)化以及超聲振動(dòng)滾壓等得到了發(fā)展并開始在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。超聲振動(dòng)滾壓是一種通過(guò)工具頭的超聲振動(dòng)對(duì)金屬表面產(chǎn)生動(dòng)態(tài)沖擊作用使金屬表面產(chǎn)生塑性變形壓扁，工具頭一般分為壓電陶瓷式和磁致伸縮式，如中國(guó)專利CN10220406A公開了一種半波長(zhǎng)超聲表面滾壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和加工方法,該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的殼體內(nèi)安裝有壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器的下端連接有下端具有滾壓體的變幅桿，依靠壓電陶瓷換能器將超聲波發(fā)生器送出的高頻交流電轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)滾壓。由于在超聲振動(dòng)滾壓加工過(guò)程中，滾壓體與金屬表面滾動(dòng)摩擦，摩擦力過(guò)大容易使金屬表面被劃傷或產(chǎn)生殘余剪應(yīng)力，而且持續(xù)的振動(dòng)滾壓會(huì)造成壓電陶瓷換能器發(fā)熱，影響壓電陶瓷換能器的正常工作，而上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)并不能有效解決滾壓體與金屬表面的摩擦力問(wèn)題，而且必須加工一段時(shí)間上必須使壓電陶瓷換能器冷卻上再進(jìn)行，持續(xù)加工時(shí)間短。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種超聲振動(dòng)滾壓工具頭，用以解決現(xiàn)有超聲滾壓工具頭在持續(xù)滾壓振動(dòng)過(guò)程中，滾壓體與金屬表面的滾動(dòng)摩擦力會(huì)使金屬表面被劃傷或產(chǎn)生殘余剪應(yīng)力的問(wèn)題。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種超聲振動(dòng)滾壓工具頭，包括上下同軸固連的連接件和殼體，所述連接件具有與殼體的內(nèi)腔連通的安裝孔，安裝孔內(nèi)設(shè)有與變幅桿的上端面頂壓配合的壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器通過(guò)其內(nèi)穿設(shè)的與變幅桿螺接的預(yù)緊螺桿實(shí)現(xiàn)與變幅桿頂壓配合，所述殼體內(nèi)同軸設(shè)置有上端與連接件下端固連的變幅桿，變幅桿的下端面與殼體的下端內(nèi)壁之間頂裝有伸出殼體下端外壁的滾壓體，且變幅桿的下端面上開設(shè)有與滾壓體外壁吻合配合的容納槽，所述連接件的上端面上開設(shè)有軸線方向延伸的與連接件的安裝孔連通的連接通道，所述預(yù)緊螺桿的上端面上開設(shè)有軸線方向延伸的與變幅桿的和預(yù)緊螺桿螺接的螺紋孔連通的預(yù)緊通道，預(yù)緊通道與連接通道之間密封連接有耐壓軟管，所述容納槽的槽底開設(shè)有軸線方向延伸的與所述變幅桿的螺紋孔連通的變幅通道。所述連接件為標(biāo)準(zhǔn)刀柄，標(biāo)準(zhǔn)刀柄的刀具安裝孔形成連接件的安裝孔。所述連接件的安裝孔為階梯孔，所述變幅桿的上端具有與連接件的安裝孔內(nèi)的臺(tái)階面頂壓配合的環(huán)形擋沿。所述容納槽為縮口朝上的錐形槽。所述變幅通道為階梯孔，變幅通道的大孔段與容納槽連通。 所述殼體為縮口朝下的錐形殼體。采用上述結(jié)構(gòu)的超聲振動(dòng)滾壓工具頭，由于連接件具有連接通道，預(yù)緊螺桿具有預(yù)緊通道，且預(yù)緊通道與連接通道之間密封連接有耐壓軟管，變幅桿具有與容納槽連通的變幅通道，通過(guò)向連接通道內(nèi)注入冷卻液，冷卻液經(jīng)過(guò)耐壓軟管、預(yù)緊通道和變幅通道可以流到容納槽位置，并最終到達(dá)工具頭的下端加工位置，在滾壓體對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)滾壓過(guò)程中，冷卻液對(duì)工件表面能夠起到潤(rùn)滑的作用，從而防止?jié)L動(dòng)摩擦力劃傷工件表面以及產(chǎn)生殘余剪應(yīng)力，同時(shí)冷卻液在通過(guò)預(yù)緊通道時(shí)，還能對(duì)壓電陶瓷換能器起到冷卻的作用，防止壓電陶瓷換能器過(guò)熱。
圖I為本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的安裝示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的超聲振動(dòng)滾壓工具頭的實(shí)施例如圖I、圖2所示，工具頭的連接件I與殼體6上下同軸固連，連接件I為標(biāo)準(zhǔn)刀柄，標(biāo)準(zhǔn)刀柄可采用標(biāo)準(zhǔn)莫氏刀柄(如莫氏3號(hào)、4號(hào)刀柄等)、數(shù)控刀柄(如BT30、BT40、BT50刀柄等)或其他標(biāo)準(zhǔn)刀柄，這樣可以方便的將工具頭安裝到普通機(jī)床或數(shù)控機(jī)床主軸9的安裝孔內(nèi)，連接件I的刀具安裝孔為階梯孔。所述殼體6為縮口朝下的錐形殼體，連接件I的刀具安裝孔與殼體6的內(nèi)腔連通，殼體6內(nèi)安裝有與殼體6同軸設(shè)置的變幅桿7，變幅桿7的上端具有環(huán)形擋沿，環(huán)形擋沿與連接件I的刀具安裝孔內(nèi)的臺(tái)階面頂壓配合并通過(guò)螺釘與連接件I固連。變幅桿7的上端面上由下往上依次安裝有壓電陶瓷換能器5和壓板4，壓電陶瓷換能器5和壓板4均位于連接件I的刀具安裝孔內(nèi)，而壓電陶瓷換能器5可根據(jù)功率需要設(shè)置至少一對(duì)，壓板4和壓電陶瓷換能器5之間穿設(shè)有與變幅桿7螺接的預(yù)緊螺桿3，預(yù)緊螺桿3與壓板4固連，通過(guò)預(yù)緊螺桿3將壓電陶瓷換能器5壓裝在變幅桿7的上端面上，這樣使壓電陶瓷換能器5具有一定的預(yù)緊力；變幅桿7的下端面與殼體6的下端內(nèi)壁之間頂裝有伸出殼體6下端外壁的滾壓體8，滾壓體8為球體。工作時(shí)，連接件I插裝在機(jī)床主軸9的安裝孔內(nèi)，超聲波發(fā)生器10通過(guò)導(dǎo)線與壓電陶瓷換能器5連接，超聲波發(fā)生器10將高頻的交流電通過(guò)導(dǎo)線輸送到壓電陶瓷換能器5上，使壓電陶瓷換能器5產(chǎn)生的振動(dòng)，并將振動(dòng)通過(guò)變幅桿7傳遞給滾壓體8，為了保證滾壓體8在震動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定，變幅桿7的下端面上開設(shè)有與滾壓體8的外壁吻合配合的容納槽，容納槽為縮口朝上的錐形槽。所述連接件I的上端面上開設(shè)有軸線方向延伸的與連接件I的刀具安裝孔連通的連接通道，預(yù)緊螺桿3的上端面上開設(shè)有軸線方向延伸的與變幅桿7的螺紋孔連通的預(yù)緊通道，預(yù)緊通道與連接通道之間密封連接有耐壓軟管2，耐壓軟管2的上端插裝在連接通道內(nèi)、下端套裝在預(yù)緊螺桿3上，變幅桿7的容納槽槽底開設(shè)有軸線方向延伸的與變幅桿7的螺紋孔連通的變幅通道，變幅通道為階梯孔，變幅通道的大孔段與容納槽連通，這樣連接通道、預(yù)緊通道和變幅通道軸向連通。在工具頭工作過(guò)程中，向連接通道內(nèi)注入冷卻液，這樣冷卻液由連接通道經(jīng)耐壓軟管2、預(yù)緊通道和變幅通道流到容納槽內(nèi)，并最終流到工具頭的下端加工位置，從而實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)滾壓加工的潤(rùn)滑，同時(shí)在冷卻液經(jīng)過(guò)預(yù)緊通道時(shí)，對(duì)壓電陶瓷換能器5還能起到冷卻的作用。 上述實(shí)施例中，連接件I為標(biāo)準(zhǔn)刀柄，這樣可以方便的安裝到機(jī)床主軸9上，而標(biāo)準(zhǔn)刀柄的刀具安裝孔為連接件I的安裝孔，在其它實(shí)施例中，也可以選擇現(xiàn)有技術(shù)中的連接件。在其它實(shí)施例中，殼體也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的殼體結(jié)構(gòu)，變幅桿也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的變幅桿結(jié)構(gòu)，而且變幅桿的固定安裝也可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種超聲振動(dòng)滾壓工具頭，包括上下同軸固連的連接件和殼體，所述連接件具有與殼體的內(nèi)腔連通的安裝孔，安裝孔內(nèi)設(shè)有與變幅桿的上端面頂壓配合的壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器通過(guò)其內(nèi)穿設(shè)的與變幅桿螺接的預(yù)緊螺桿實(shí)現(xiàn)與變幅桿頂壓配合，所述殼體內(nèi)同軸設(shè)置有上端與連接件下端固連的變幅桿，變幅桿的下端面與殼體的下端內(nèi)壁之間頂裝有伸出殼體下端外壁的滾壓體，且變幅桿的下端面上開設(shè)有與滾壓體外壁吻合配合的容納槽，其特征在于所述連接件的上端面上開設(shè)有軸線方向延伸的與連接件的安裝孔連通的連接通道，所述預(yù)緊螺桿的上端面上開設(shè)有軸線方向延伸的與變幅桿的和預(yù)緊螺桿螺接的螺紋孔連通的預(yù)緊通道，預(yù)緊通道與連接通道之間密封連接有耐壓軟管，所述容納槽的槽底開設(shè)有軸線方向延伸的與所述變幅桿的螺紋孔連通的變幅通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲振動(dòng)滾壓工具頭，其特征在于所述連接件為標(biāo)準(zhǔn)刀柄，標(biāo)準(zhǔn)刀柄的刀具安裝孔形成連接件的安裝孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲振動(dòng)滾壓工具頭，其特征在于所述連接件的安裝孔為階梯孔，所述變幅桿的上端具有與連接件的安裝孔內(nèi)的臺(tái)階面頂壓配合的環(huán)形擋沿。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲振動(dòng)滾壓工具頭，其特征在于所述容納槽為縮口朝上的錐形槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲振動(dòng)滾壓工具頭，其特征在于所述變幅通道為階梯孔，變 幅通道的大孔段與容納槽連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的超聲振動(dòng)滾壓工具頭，其特征在于所述殼體為縮口朝下的錐形殼體。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種超聲振動(dòng)滾壓工具頭，包括上下同軸固連的連接件和殼體，連接件的安裝孔內(nèi)設(shè)有壓電陶瓷換能器，殼體內(nèi)同軸設(shè)置有變幅桿，變幅桿的下端面與殼體的下端內(nèi)壁之間頂裝有滾壓體，連接件的上端面上開設(shè)有與連接件的安裝孔連通的連接通道，預(yù)緊螺桿的上端面上開設(shè)有與變幅桿的和預(yù)緊螺桿螺接的螺紋孔連通的預(yù)緊通道，預(yù)緊通道與連接通道之間密封連接有耐壓軟管，容納槽的槽底開設(shè)有與變幅桿的螺紋孔連通的變幅通道。通過(guò)向連接通道內(nèi)注入冷卻液，對(duì)工件表面能夠起到潤(rùn)滑的作用，從而防止?jié)L動(dòng)摩擦力劃傷工件表面以及產(chǎn)生殘余剪應(yīng)力，同時(shí)冷卻液在通過(guò)預(yù)緊通道時(shí)，還能對(duì)壓電陶瓷換能器起到冷卻的作用，防止壓電陶瓷換能器過(guò)熱。
文檔編號(hào)C21D7/04GK202519300SQ20122001569
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月14日
發(fā)明者尹宇鶴, 楊建軍, 郭亞杰, 陳茂松, 黃兆年 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)