CN106925944B - 一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置 - Google Patents

一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置 Download PDF

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Abstract

一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置，包括超声波发生器、套筒、换能器、变幅杆，变幅杆由同轴向设置的前圆柱体、中圆锥体和后圆柱体构成，中圆锥体呈前细后粗结构，前圆柱体的外部套设有圆柱筒，中圆锥体的外部套设有圆锥筒，圆柱筒外壁螺纹连有安装筒和紧固螺母，紧固螺母前端面与安装筒后端部顶压配合，安装筒前端设有安装架，安装架上转动连接有挤压轮，挤压轮的后部与前圆柱体前端部接触。套筒后端部设置有后端盖，后端盖上设有后散热孔。本发明的超声波发生器将超声频信号传给换能器，换能器将信号转化为机械振动经变幅杆放大，并在滚轮和被加工工件做超声频挤压振动，大大降低了表面粗糙度，并提高其表面综合性能指标。

Description

一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置
技术领域
本发明属于超硬材料或复合材料的精加工技术领域，尤其涉及一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置。
背景技术
随着科技的不断发展，航空航天国防和高端装备制造等领域的难加工材料如镍基高温合金、超高强度钢、TiAl金属间化合物、钛合金、颗粒增强复合材料等广泛的应用，这些材料高精密加工仍然是一个难题，被广泛关注。
传统的加工方法已不能适应该类零件的精密加工，目前常规的方法采用单一的机械、物理、预应力加工等来实现零件的精加工。这些方法难以加工超硬材料或复合材料的细长轴等刚性差的零件，有时会引起表面过度硬化且切削力较大影响刀具使用寿命。大量的研究表明超声加工可使被加工零件表面获得较高的加工精度，表面可以形成抗疲劳性能良好的纳米晶组织等。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种可靠性强、加工效率高、专门适用于刚性差的细长轴表面精加工作业的超声复合挤压加工装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置，包括超声波发生器和前后两端均敞口的套筒，套筒内设置有换能器，换能器的前端部通过双头螺栓可拆卸连接有向前伸出套筒的变幅杆，套筒侧部设有用于连接换能器和超声波发生器的导线孔，变幅杆由同轴向设置的前圆柱体、中圆锥体和后圆柱体构成，中圆锥体呈前细后粗结构，中圆锥体前端与前圆柱体等径，中圆锥体后端与后圆柱体等径；前圆柱体的外部套设有圆柱筒，中圆锥体的外部套设有圆锥筒，圆柱筒后端与圆锥筒前端固定连接为一体结构，圆柱筒内壁与前圆柱体外壁、圆锥筒内壁与中圆锥体外壁之间具有间隙，圆锥筒的后端设有前加紧套；
套筒前端面通过轴向设置的紧固螺栓连接有前端盖，前端盖具有与中圆锥体及圆锥筒锥度相同的内孔，圆锥筒位于内孔当中，前圆柱体和圆柱筒向前伸出前端盖，前端盖的内孔外边缘设有用于容纳前加紧套的前台阶槽，套筒前端面内圈边缘处设有后加紧套，前加紧套后端面与后加紧套前端面之间顶压配合且设置有第一密封圈；
圆柱筒外壁螺纹连有安装筒和紧固螺母，紧固螺母前端面与安装筒后端部顶压配合，安装筒前端设有安装架，安装架上转动连接有挤压轮，挤压轮的后部与前圆柱体前端部接触。
套筒后端部通过螺纹连接有后端盖，后端盖上设有后散热孔；套筒顶部设有位于换能器上方的上散热孔；套筒内壁设有位于换能器后侧的安装环板，安装环板后侧通过安装螺钉连接有风扇，风扇电压为12V，通过电压转换器将交流电压220V转换为风扇用的直流电压12V，电压转换器固定在超声波电源箱体内，由超声波电源另外两个外部电源接头给电压转换器供电。
套筒前端面内圈边缘处设有后台阶槽，后加紧套外圆周设有位于后台阶槽内的定位环，后加紧套前端面设有与第一密封圈顶压接触的密封环，前加紧套后端外边缘设有与后加紧套装配形成止口结构的定位套。
前端盖顶部沿径向方向开设有与所述的间隙连通的切削液注入孔，前端盖的内孔前侧与圆柱筒后端外壁之间设有第二密封圈，前端盖的内孔后侧与圆锥筒后端外壁之间设有第三密封圈。
套筒侧部设置有前支架和后支架，前支架和后支架之间设置有夹持块，夹持块后部连接有L型架，L型架的一端位于后端盖的后方，L型架上设置有千分表，千分表的测量头与后端盖后表面接触。
采用上述技术方案，本发明中的换能器经双头螺柱和变幅杆连接在一起，并将超声波冲击振动传递给变幅杆的较大端，经过变幅杆的动力传递在振幅小端放大，再传递挤压轮加工工件；切削液通过切削液注入孔加入，然后通过所述的间隙浇入到挤压轮的周围，清理挤压轮周围的杂质并降低加工作业的温度，使挤压轮处于良好的工作状态；固定在夹持块的L型架及千分表用来测量后端盖的位移，间接反映力的大小，便于及时调整。套筒顶部开设的上散热孔和后端盖上开设的后散热孔用来为换能器散热，改善工作环境。加工工件时，当挤压轮与被加工工件接触时，千分表会有微小的转动，可以估算此时的预紧力并使之处于合理范围内。超声波发生器将超声频信号传给换能器，换能器将信号转化为机械振动经变幅杆放大，在一定条件下，挤压轮将静压力和超声波冲击振动到旋转的机械零部件表面，产生挤压作用而使金属材料产生大幅度塑性变形。加工后，工件表面产生一定的弹性恢复，所产生的塑性流动将工件表面上的“谷”被“峰”填满或者部分填满，从而大大降低粗糙度至纳米水平，并提高其表面的综合性能指标。由于挤压轮在加工始终处于自由转动状态，大大提高了工具头的使用寿命，且切削液通过切削液注入孔将挤压轮附近的杂质及时清理出去，同时第二密封圈和第三能防止切削液能外漏，这样挤压轮能处于良好的工作状态，从而提高了工作效率和达到精加工的目的。
紧固螺母压紧安装筒右端，用于限定安装筒在圆柱筒上螺纹连接的位置，可调整挤压轮的前后位置及转动方向。套筒前端面内圈边缘处设有后加紧套，前加紧套后端面与后加紧套前端面之间顶压配合且设置有第一密封圈。
前加紧套和后加紧套的紧密配合，通过第一密封圈与密封环的顶压配合以及前加紧套后端外边缘的定位套与后加紧套装配形成的止口结构进行双重密封卡接结构，充分限定圆柱筒和圆锥筒保持与套筒同中心线设置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图2中A-A向旋转剖视图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置，包括超声波发生器（图中未示意出来）和前后两端均敞口的套筒14，套筒14内设置有换能器11，换能器11的前端部通过双头螺栓10可拆卸连接有向前伸出套筒14的变幅杆，套筒14侧部设有用于连接换能器11和超声波发生器的导线孔13，变幅杆由同轴向设置的前圆柱体21、中圆锥体22和后圆柱体9构成，中圆锥体22呈前细后粗结构，中圆锥体22前端与前圆柱体21等径，中圆锥体22后端与后圆柱体9等径；前圆柱体21的外部套设有圆柱筒23，中圆锥体22的外部套设有圆锥筒24，圆柱筒23后端与圆锥筒24前端固定连接为一体结构，圆柱筒23内壁与前圆柱体21外壁、圆锥筒24内壁与中圆锥体22外壁之间具有间隙25，圆锥筒24的后端设有前加紧套4。
套筒14前端面通过轴向设置的紧固螺栓6连接有前端盖5，前端盖5具有与中圆锥体22及圆锥筒24锥度相同的内孔，圆锥筒24位于内孔当中，前圆柱体21和圆柱筒23向前伸出前端盖5，前端盖5的内孔外边缘设有用于容纳前加紧套4的前台阶槽，套筒14前端面内圈边缘处设有后加紧套7，前加紧套4后端面与后加紧套7前端面之间顶压配合且设置有第一密封圈26；
圆柱筒23外壁螺纹连有安装筒27和紧固螺母3，紧固螺母3前端面与安装筒27后端部顶压配合，安装筒27前端设有安装架2，安装架2上转动连接有挤压轮1，挤压轮1的后部与前圆柱体21前端部接触。
套筒14后端部通过螺纹连接有后端盖15，后端盖15上设有后散热孔28；套筒14顶部设有位于换能器11上方的上散热孔12。套筒14内壁设有位于换能器11后侧的安装环板35，安装环板35后侧通过安装螺钉36连接有风扇37，风扇37电压为12V，通过电压转换器将交流电压220V转换为风扇用的直流电压12V，电压转换器固定在超声波电源箱体内，由超声波电源另外两个外部电源接头给电压转换器供电。风扇37进一步提高对换能器11的散热效果。
套筒14前端面内圈边缘处设有后台阶槽，后加紧套7外圆周设有位于后台阶槽内的定位环29，后加紧套7前端面设有与第一密封圈26顶压接触的密封环30，前加紧套4后端外边缘设有与后加紧套7装配形成止口结构的定位套31。
前端盖5顶部沿径向方向开设有与所述的间隙25连通的切削液注入孔16，前端盖5的内孔前侧与圆柱筒23后端外壁之间设有第二密封圈32，前端盖5的内孔后侧与圆锥筒24后端外壁之间设有第三密封圈33。
套筒14侧部设置有前支架34和后支架17，前支架34和后支架17之间设置有夹持块18，夹持块18后部连接有L型架19，L型架19的一端位于后端盖15的后方，L型架19上设置有千分表20，千分表20的测量头与后端盖15后表面接触。
本发明中的换能器11经双头螺柱和变幅杆连接在一起，并将超声波冲击振动传递给变幅杆的较大端，经过变幅杆的动力传递在振幅小端放大，再传递挤压轮1加工工件；切削液通过切削液注入孔16加入，然后通过所述的间隙25浇入到挤压轮1的周围，清理挤压轮1周围的杂质并降低加工作业的温度，使挤压轮1处于良好的工作状态；固定在夹持块18的L型架19及千分表20用来测量后端盖15的位移，间接反映力的大小，便于及时调整。套筒14顶部开设的上散热孔12和后端盖15上开设的后散热孔28用来为换能器11散热，改善工作环境。加工工件时，当挤压轮1与被加工工件接触时，千分表20会有微小的转动，可以估算此时的预紧力并使之处于合理范围内。超声波发生器将超声频信号传给换能器11，换能器11将信号转化为机械振动经变幅杆放大，在一定条件下，挤压轮1将静压力和超声波冲击振动到旋转的机械零部件表面，产生挤压作用而使金属材料产生大幅度塑性变形。加工后，工件表面产生一定的弹性恢复，所产生的塑性流动将工件表面上的“谷”被“峰”填满或者部分填满，从而大大降低粗糙度至纳米水平，并提高其表面的综合性能指标。由于挤压轮1在加工始终处于自由转动状态，大大提高了工具头的使用寿命，且切削液通过切削液注入孔16将挤压轮1附近的杂质及时清理出去，同时第二密封圈32和第三能防止切削液能外漏，这样挤压轮1能处于良好的工作状态，从而提高了工作效率和达到精加工的目的。
紧固螺母3压紧安装筒27右端，用于限定安装筒27在圆柱筒23上螺纹连接的位置，可调整挤压轮1的前后位置及转动方向。套筒14前端面内圈边缘处设有后加紧套7，前加紧套4后端面与后加紧套7前端面之间顶压配合且设置有第一密封圈26。
前加紧套4和后加紧套7的紧密配合，通过第一密封圈26与密封环30的顶压配合以及前加紧套4后端外边缘的定位套31与后加紧套7装配形成的止口结构进行双重密封卡接结构，充分限定圆柱筒23和圆锥筒24保持与套筒14同中心线设置。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置，包括超声波发生器和前后两端均敞口的套筒，套筒内设置有换能器，换能器的前端部通过双头螺栓可拆卸连接有向前伸出套筒的变幅杆，套筒侧部设有用于连接换能器和超声波发生器的导线孔，其特征在于：变幅杆由同轴向设置的前圆柱体、中圆锥体和后圆柱体构成，中圆锥体呈前细后粗结构，中圆锥体前端与前圆柱体等径，中圆锥体后端与后圆柱体等径；前圆柱体的外部套设有圆柱筒，中圆锥体的外部套设有圆锥筒，圆柱筒后端与圆锥筒前端固定连接为一体结构，圆柱筒内壁与前圆柱体外壁、圆锥筒内壁与中圆锥体外壁之间具有间隙，圆锥筒的后端设有前加紧套；
套筒前端面通过轴向设置的紧固螺栓连接有前端盖，前端盖具有与中圆锥体及圆锥筒锥度相同的内孔，圆锥筒位于内孔当中，前圆柱体和圆柱筒向前伸出前端盖，前端盖的内孔外边缘设有用于容纳前加紧套的前台阶槽，套筒前端面内圈边缘处设有后加紧套，前加紧套后端面与后加紧套前端面之间顶压配合且设置有第一密封圈；圆柱筒外壁螺纹连有安装筒和紧固螺母，紧固螺母前端面与安装筒后端部顶压配合，安装筒前端设有安装架，安装架上转动连接有挤压轮，挤压轮的后部与前圆柱体前端部接触；
套筒前端面内圈边缘处设有后台阶槽，后加紧套外圆周设有位于后台阶槽内的定位环，后加紧套前端面设有与第一密封圈顶压接触的密封环，前加紧套后端外边缘设有与后加紧套装配形成止口结构的定位套；
前端盖顶部沿径向方向开设有与所述的间隙连通的切削液注入孔，前端盖的内孔前侧与圆柱筒后端外壁之间设有第二密封圈，前端盖的内孔后侧与圆锥筒后端外壁之间设有第三密封圈。
2.根据权利要求1所述的一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置，其特征在于：套筒后端部通过螺纹连接有后端盖，后端盖上设有后散热孔；套筒顶部设有位于换能器上方的上散热孔；套筒内壁设有位于换能器后侧的安装环板，安装环板后侧通过安装螺钉连接有风扇，风扇电压为12V，通过电压转换器将交流电压220V转换为风扇用的直流电压12V，电压转换器固定在超声波电源箱体内，由超声波电源另外两个外部电源接头给电压转换器供电。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种用于精密加工的自冷却超声复合挤压加工装置，其特征在于：套筒侧部设置有前支架和后支架，前支架和后支架之间设置有夹持块，夹持块后部连接有L型架，L型架的一端位于后端盖的后方，L型架上设置有千分表，千分表的测量头与后端盖后表面接触。
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