CN100455401C - 双液压等滚压力的滚压工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自由表面式双液压等滚压力滚压工具。它是由小位移微调机构和大位移主调机构两部分组成，两者分别设有独立运行的液压系统。在滚压加工过程中，当工件由于存在形位误差或是自由表面带来加工表面起伏时，小位移微调机构I中的滚动体和大位移主调机构II中的带杆活塞在液体压力的作用下会根据滚压力的变化相互协调自动调节在滚动体保持套和缸筒中的位置，消化起伏。本发明在滚压过程中，无论工件表面发生小的起伏还是大的起伏，均能保持滚压力的基本恒定，并具有广泛通用性不受工件面积、机床和工件精度影响，经滚压后的工件加工精度高，其表面光洁度可达到Ra0.1～Ra1.0，工件的强度、硬度、耐腐耐磨性能均显著提高。

Description

双液压等滚压力的滚压工具

技术领域

本发明涉及滚压加工工具，特别是指一种自由表面式滚压工具，具体是指一种双液压等滚压力的滚压工具。

背景技术

零件的表面质量不仅影响其外表的美观度，而且对零件的耐磨性、耐腐蚀性、耐疲劳性、配合性、承载能力、使用寿命以及能源消耗都产生重要影响。滚压工艺是一种精密微量塑性加工工艺，可用于取代磨削工艺，对机械零件表面进行镜面抛光和强化处理。该工艺采用滚压工具在常温状态下对零件表面施加一定的压力，使工件表层产生塑性变形，从而修整工件表面的微观几何形状、降低表面粗糙度，同时使零件表层金相组织细化并产生表面残余压应力得到表面性能优越的精密镜面工件。滚压工具从所加工工件的形态可分为外圆式、内孔式和自由表面式，目前大多数的滚压工具都属于前两者，本发明所涉及的是后一种滚压工具。

随着模具工业、航天航空工业的迅速发展，自由表面零件如模具和涡轮机叶片等的加工越来越多，对于自由表面的滚压加工有两种方式，一种是采用非数控普通机床如申请号为00110299.0的中国发明专利所示，公开了一种金属滚压平面塑性精成型工艺及装置，它将施压辊安装在现有的刨床上，利用刨床的动力和传动机构，驱动施压辊对已经刨削或铣削加工的工件进行加工，这种办法只能解决简单平面工件的滚压加工；另一种方法就是采用高精度数控机床，通过编程精确控制滚压工具紧贴工件表面的移动以保持滚压深度(滚压力)的基本恒定，它能解决工件表面存在较大起伏时的滚压加工，例如对复杂曲面零件的滚压加工。

这两种滚压实现方式存在两个问题：首先，由于滚压深度一般为丝级，如果预成形工件存在较大尺寸误差或机床精度不够时，通常很难保持滚压深度(滚压力)的基本恒定，因此影响滚压整体效果，特别是涉及大表面工件的滚压加工时，这个问题就更严重；其次，后一种方法必须采用高精度数控机床，而且对加工工艺要求很高，而中国企业的机加工设备和工艺的水平普遍都较低，这样就限制了滚压工艺的适用范围和使用效果。申请号为DE19951034631的德国发明专利公开了一种采用高压冷却液直接推动滚珠或滚柱施加滚压力的办法，当工件与滚珠或滚柱接触，由于预成形工件尺寸误差或机床精度问题发生微小起伏时，滚珠或滚柱将自动调整位置解决了在此情况下如何保持滚压深度(滚压力)基本恒定的问题。但对于在非数控普通机床上，当工件表面存在较大起伏时，如何保持滚压深度(滚压力)的基本恒定，例如实现复杂曲面零件的滚压加工至今尚未解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种当工件表面发生微小起伏或较大起伏时都能保持滚压深度(滚压力)基本恒定的滚压工具。

本发明的目的是通过如下结构设计实现的：

它是一种双液压等滚压力的滚压工具，其特征在于：它由小位移微调机构和大位移主调机构两部分组成，小位移微调机构由滚动体、滚动体保持套、压紧弹簧和保持套密封圈所组成，大位移主调机构主要由压盖、前端盖、带杆活塞、缸筒和后端盖所组成；它们的具体连接关系是：滚动体处于与其同中心线的滚动体保持套的圆柱型内腔中，滚动体保持套一端开有能使滚动体露出又能阻止其向外脱落的孔，另一端开有与带杆活塞的活塞杆相配的螺纹孔，保持套密封圈被滚动体保持套压紧于活塞杆的螺纹轴肩，压紧弹簧紧压滚动体于滚动体保持套的开口；压盖螺钉将压盖紧固在前端盖上，压盖开有与活塞杆为过渡配合的中心孔，前端盖开有与活塞杆为间隙配合的中心孔，前端盖与活塞杆的配合部位安装有防尘圈和活塞杆密封圈，缸筒的两端通过螺纹安装有前端盖和后端盖，前端盖密封圈和后端盖密封圈分别安装在缸筒的两端与前端盖和后端盖连接处，前端盖和后端盖上都开有液压油进出口，活塞密封嵌套在带杆活塞的活塞上；小位移微调机构通过滚动体保持套与带杆活塞的螺纹连接安装在大位移主调机构的活塞杆上。

所述小位移微调机构中的滚动体与滚动体保持套两者之间是过渡配合；大位移主调机构中的带杆活塞与缸筒之间是间隙配合。

所述小位移微调机构和大位移主调机构两者分别设有独立运行的液压系统。

按上述结构设计的本发明与现有的滚压工具相比具有以下优点：

(1)本发明的双液压等滚压力的滚压工具，在滚压过程中，无论工件表面发生小的起伏还是大的起伏，均可以保持滚压深度(滚压力)的基本恒定，因而可以在非数控普通机床上实现自由表面的滚压加工，并不受工件表面待加工面积大小的影响；

(2)本发明所述的滚压工具具有广泛通用性，不受机床精度和工件预成形尺寸精度影响，可以通过滚压工具的自动调节功能消除两者带来的工件表面起伏对滚压深度(滚压力)的影响而保证滚压效果；

(3)本发明滚压力调节方便准确，从而可以根据实际滚压情形及时甚至在线调节滚压力大小以实现滚压效果的优化；

(4)经滚压后的工件加工精度高，其表面光洁度可达到Ra0.1～Ra1.0(根据滚压工艺的特定情形决定)，工件的强度、硬度、耐腐耐磨性能均有显著提高。

附图说明

图1为本发明实施例的纵剖面结构示意图；

图2为本发明的液压控制系统简图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，滚压工具的安装方式需要根据所用机床的不同而采用不同的夹紧柄部或工装。

图1所示为本发明的实施例，它是通过如下结构来实现的，包括两个部分：一是小位移微调机构I，由滚动体1、滚动体保持套2、压紧弹簧3和保持套密封圈4所组成。二是大位移主调机构II，由压盖螺钉5、压盖6、防尘圈7、活塞杆密封圈8、前端盖密封圈9、前端盖10、带杆活塞11、活塞密封12、缸筒13、后端盖密封圈14和后端盖15所组成。机构I通过滚动体保持套2与带杆活塞11的螺纹连接安装在机构II的活塞杆上。

所述小位移微调机构I，滚动体1处于滚动体保持套2的圆柱型内腔中，两者之间是过渡配合，通过磨合产生微小间隙，滚动体1可以在滚动体保持套2的内腔沿中心线移动；滚动体保持套2一端开有能使滚动体1露出又能阻止其向外脱落的孔，滚动体保持套2与滚动体接触部位为倾斜面以利于滚动体1露出，另一端开有与带杆活塞11的活塞杆相配的内螺纹孔；防止高压冷却液泄漏的保持套密封圈4被滚动体保持套2紧压于活塞杆的螺纹轴肩；压紧弹簧3紧压滚动体1于滚动体保持套2的开口。在滚压过程中，高压冷却液通过活塞杆内腔进入滚动体保持套2，对滚动体1施加滚压力滚压加工工件表面，同时高压冷却液通过滚动体1和滚动体保持套2的间隙泄漏对工件表面和滚压工具进行冷却和润滑。

所述大位移主调机构II中，压盖螺钉5将压盖6紧固在前端盖10上，压盖6开有与带杆活塞11的活塞杆为过渡配合的中心孔，通过磨合产生微小间隙，保证活塞杆平稳的滑动；前端盖10开有与活塞杆为间隙配合的中心孔，配合部位安装有防止外来粉尘进入缸筒的防尘圈7和防止液压油泄漏的活塞杆密封圈8；缸筒13的两端通过螺纹安装有前端盖10和后端盖15，前端盖密封圈9和后端盖密封圈14分别安装在缸筒13的两端面与前端盖10和后端盖15连接处，前端盖10和后端盖15上都开有液压油进出口，活塞密封12嵌套在带杆活塞11的活塞上用来隔绝两端的液压油。

小位移微调机构I和大位移主调机构II分别由高压冷却液和液压油提供滚压力，两部分的液压系统相互独立运行，液压控制系统简图如图2所示。

滚压工具的工作过程如下：当工件与滚压工具接触的表面发生波动时，由滚动体1在滚动体保持套2内的移动和带杆活塞11在缸筒12内的移动相互协调动作共同消化波动，从而保持滚压深度(滚压力)的基本恒定而保证滚压效果。特别指出的是当工件表面存在较大起伏导致滚压工具在工件表面上延一定坡度或曲率半径的表面上下起伏时，大位移主调机构II是活塞缸筒结构，由于摩擦以及液压油反应速度等问题，有时存在迟滞和爬行等现象使其对载荷变化的反应相对比较迟钝，当工件表面坡度较大时，带杆活塞11常常反应过慢，而此时由于小位移微调机构I的滚动体1移动主要由高压冷却液控制不存在迟滞和爬行问题从而优先反应，然后由带杆活塞11在缸筒13中的滑动逐渐消化外加起伏，在实际滚压过程中，滚动体1由高压冷却液施加的力通常会设成比液压油施加于活塞杆的力大10％左右(由实际滚压工件形貌和工作环境决定)，所以在整个滚压机构进入稳定状态后，滚动体1仍然会基本保持顶死状态而带杆活塞11会逐渐消化表面形貌的起伏带来的滚压力变化。

小位移微调机构I中滚动体1的滚压力F1由冷却液压力以及滚动体1的尺寸决定，当滚动体1为滚珠时，简化的滚压力F1与滚球半径r和冷却液压力P1的关系为：F1＝πr²×P1；当滚动体1为滚柱时，简化的滚压力F1与滚柱半径r、滚柱高度h和冷却液压力P1的关系为：F1＝2r×h×P1，但由于高压冷却液存在泄漏，在实际滚压加工中，为求得准确的滚压力，通常采用试验标定的办法决定滚压过程中采用的高压冷却液压力。大位移主调机构II中的带杆活塞11的活塞一端通入压力为P2的液压油，另一端通入压力为P3的液压油，由两端的液压和活塞缸体结构决定活塞杆施力的大小而与带杆活塞11的行程无关。其施力F2由带杆活塞11的活塞直径D和活塞杆直径d以及活塞两端的液体压力P2和P3决定的理论滚压力F2公式为：F2＝0.25π(D²×P3-D²×P2+d²×P2)。

小位移微调机构I的作用主要有两个：一是当工件存在微小的形位误差时(≤0.03mm)，可以由滚动体的前后移动调整滚压的位置；二是当工件表面发生大的起伏时，优先反应，消除活塞缸筒结构的迟滞和爬行现象带来的影响。大位移主调机构II的主要作用是消化由工件表面形貌变化带来的大位移。

Claims (3)

1、一种双液压等滚压力的滚压工具，其特征在于：它由小位移微调机构(I)和大位移主调机构(II)两部分组成，小位移微调机构(I)由滚动体(1)、滚动体保持套(2)、压紧弹簧(3)和保持套密封圈(4)所组成，大位移主调机构(II)主要由压盖(6)、前端盖(10)、带杆活塞(11)、缸筒(13)和后端盖(15)所组成；它们的具体连接关系是：滚动体(1)处于与其同中心线的滚动体保持套(2)的圆柱型内腔中，滚动体保持套(2)一端开有能使滚动体(1)露出又能阻止其向外脱落的孔，另一端开有与带杆活塞(11)的活塞杆相配的螺纹孔，保持套密封圈(4)被滚动体保持套(2)压紧于活塞杆的螺纹轴肩，压紧弹簧(3)紧压滚动体(1)于滚动体保持套(2)的开口，带杆活塞(11)与滚动体保持套(2)连接的一端端部具有一活塞杆内腔，并在该端部的侧壁上开有与该活塞杆内腔连通的高压冷却液进出口；压盖螺钉(5)将压盖(6)紧固在前端盖(10)上，压盖(6)开有与活塞杆为过渡配合的中心孔，前端盖(10)开有与活塞杆为间隙配合的中心孔，前端盖(10)与活塞杆的配合部位安装有防尘圈(7)和活塞杆密封圈(8)，缸筒(13)的两端通过螺纹安装有前端盖(10)和后端盖(15)，前端盖密封圈(9)和后端盖密封圈(14)分别安装在缸筒(13)的两端与前端盖(10)和后端盖(15)连接处，前端盖(10)和后端盖(15)上都开有液压油进出口，活塞密封(12)嵌套在带杆活塞(11)的活塞上；小位移微调机构(I)通过滚动体保持套(2)与带杆活塞(11)的螺纹连接安装在大位移主调机构(II)的活塞杆上。

2、根据权利要求1所述一种双液压等滚压力的滚压工具，其特征在于：滚动体(1)与滚动体保持套(2)两者之间是过渡配合；带杆活塞(11)与缸筒(13)之间是间隙配合。

3、根据权利要求1所述一种双液压等滚压力的滚压工具，其特征在于：小位移微调机构(I)和大位移主调机构(II)两者分别设有独立运行的液压系统。

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