CN110270893A - 超声波冲击加工异形孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波冲击加工异形孔的方法，将待加工工件置于磨料悬浮液中，通过使第一异形工具头向靠近待加工工件的正面进给，以在正面加工出异形孔的入口并继续加工待加工工件；通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近反面的方向进给，以在反面加工出异形孔的出口并继续加工待加工工件；当所述待加工工件的剩余加工量W1达到预设值时，使第一异形工具头或第二异形工具头中的其中一者远离待加工工件，另一者以第三进给压力继续加工待加工工件，以加工出贯穿正面与反面的异形孔。通过正、反面双向进给压力进行异形孔的加工，当剩余量达到预设值时，只保留一侧的异形工具头对工件进行加工，可以有效避免在异形孔的入口和出口处产生崩边现象。
Description
技术领域
本发明涉及机加工技术领域，特别是涉及一种超声波冲击加工异形孔的方法。
背景技术
超声波加工是利用工具头端面的超声振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成型方法。适合加工光学玻璃、陶瓷和碳化硅等具备优越的物理、化学和机械性能的硬脆材料。
采用超声波方式进行加工时，在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向上施加压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过超声换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大再传给工具头，并驱动工具头的端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉粹成很细的微粒，从材料上被打击下来。
传统采用超声波加工方式对硬脆材料（例如玻璃）进行异形孔冲击加工时，容易在硬脆材料形成的异形孔的出口处产生崩边现象。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以有效避免产生崩边现象的超声波冲击加工异形孔的方法。
一种超声波冲击加工异形孔的方法，包括以下步骤：
将待加工工件置于磨料悬浮液中，并保证待加工工件的正面及反面分别朝向第一异形工具头与第二异形工具头；
通过第一进给压力使第一异形工具头向靠近所述待加工工件的正面的方向移动进给，直到第一异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击所述待加工工件，以在所述待加工工件的正面加工出异形孔的入口并继续加工待加工工件；
通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给，直到第二异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击所述待加工工件，以在所述待加工工件的反面加工出异形孔的出口并继续加工待加工工件；
当所述待加工工件的剩余加工量W1达到预设值时，使第一异形工具头或第二异形工具头中的其中一者远离待加工工件；
使第一异形工具头或第二异形工具头中的另一者以第三进给压力继续加工待加工工件，以在待加工工件上加工出贯穿入口与出口的异形孔。
在其中一个实施例中，步骤通过第一进给压力使第一异形工具头向靠近所述待加工工件的正面的方向移动进给与步骤通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给同时进行。
在其中一个实施例中，步骤通过第一进给压力使第一异形工具头向靠近所述待加工工件的正面的方向移动进给与步骤通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给一前一后进行。
在其中一个实施例中，所述第一进给压力的范围为60kPa——200kPa。
在其中一个实施例中，所述第二进给压力的范围为60kPa——200kPa。
在其中一个实施例中，所述第三进给压力的范围为60kPa——200kPa。
在其中一个实施例中，所述第一进给压力等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第二进给压力；或者
所述第一进给压力等于第二进给压力，所述第三进给压力小于第二进给压力；或者
所述第一进给压力不等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第二进给压力；或者
所述第一进给压力不等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第一进给压力。
在其中一个实施例中，所述磨料悬浮液包括磨料和工作液，所述磨料为金刚石磨料、碳化硼磨料、碳化硅磨料或氧化铝磨料，所述工作液为水、机油或煤油。
在其中一个实施例中，所述剩余加工量W1的预设值的范围为0.1mm——0.5mm。
在其中一个实施例中，所述剩余加工量W1的预设值的范围值为0.2mm——0.3mm。
上述超声波冲击加工异形孔的方法至少具有以下优点：
在加工的过程中，将待加工工件置于磨料悬浮液中，可以通过使第一异形工具头向靠近待加工工件的正面的方向移动进给，以在待加工工件的正面加工出异形孔的入口并继续加工待加工工件；通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给，以在所述待加工工件的反面加工出异形孔的出口并继续加工待加工工件；当所述待加工工件的剩余加工量W1达到预设值时，使第一异形工具头或第二异形工具头中的其中一者远离待加工工件，另一者以第三进给压力继续加工待加工工件，以在待加工工件上加工出贯穿正面与反面的异形孔。通过正面和反面双向对待加工工件以合适的进给压力进行异形孔的加工，当待加工工件的剩余量达到预设值时，只保留一侧的异形工具头对工件进行加工，可以有效避免在异形孔的入口和出口处产生崩边现象。
附图说明
图1为一实施方式中超声波冲击加工异形孔的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
请参阅图1，一实施方式中的超声波冲击加工异形孔的方法，主要采用超声波的方式对待加工工件进行异形孔加工，而且至少能够保证异形孔的出口处不产生崩边现象。具体地，待加工工件可以是金刚石、陶瓷、玛瑙、玉石、大理石、石英、玻璃或烧结永磁体等难加工材料制成的工件。异形孔可以是横截面为三角形、四边形（如正方形、长方形、矩形或菱形）、五边形等规则形状的通孔，也可以是横截面为不规则形状的通孔。
超声波冲击加工异形孔的方法具体包括以下步骤：
步骤S110，将待加工工件置于磨料悬浮液中，并保证待加工工件的正面及反面分别朝向第一异形工具头与第二异形工具头。具体地，磨料悬浮液可以盛装在容器内。待加工工件固定于容器内，并沉浸在磨料悬浮液中，以保证在超声波的作用下，磨料可以冲击待加工工件。其中，第一异形工具头与第二异形工具头的形状可以相同，且横截面的形状与要加工的异形孔的横截面的形状相同。第一异形工具头及第二异形工具头在与待加工工件正对时，第一异形工具头与第二异形工具头的横截面的各条边相互平行，且第一异形工具头与第二异形工具头在加工方向上的中轴线重合，这样在对待加工工件进行加工时，入口和出口正好完全重合。
进一步地，磨料悬浮液包括磨料和工作液。工作液可以是水，效果最好又最常用，且经济实惠。为了提高表面质量，也可以采用煤油或机油作为工作液。磨料可以为金刚石磨料、碳化硼磨料、碳化硅磨料或氧化铝磨料等等。磨料的粒度大小是根据加工生产率和精度等要求选定，颗粒大的生产率高，但其加工精度及其表面粗糙度则较差。
步骤S120，通过第一进给压力使第一异形工具头向靠近所述待加工工件的正面的方向移动进给，直到第一异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击所述待加工工件，以在所述待加工工件的正面加工出异形孔的入口并继续加工待加工工件。需要指出的是，本文中所指的进给压力中的“压力”一词与物理学中的压强同义。即，进给压力与异形工具头的面积有关，也与往下下压的压力值大小有关。
具体地，第一异形工具头设置在变幅杆上，超声波发生器产生超声频电能，超声换能器将超声频电能转换成超声振动的机械能，变幅杆进行振幅放大和聚能。变幅杆将超声振动机械能传递给第一异形工具头，第一异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击待加工工件的正面。
超声波发生器也称超声电源，是一种用以产生并向超声换能器提供超声频电能的装置。由于超声换能器的辐射面所产生的振动幅度较小，当工作频率在20kHz范围内时，超声换能器辐射面的振幅只有几微米，而在超声加工等大量高强度超声应用中所需要的振幅大约为几十到几百微米。所以必须借助变幅杆的作用将机械振动质量的位移量和运动速度进行放大，并将超声能量聚集在较小的面积上，产生聚能作用。
在加工的过程中，第一异形工具头对待加工工件应有一个合适的进给压力，压力过小时，则第一异形工具头端面与待加工工件的加工表面间隙增大，从而减弱了磨料对待加工工件的撞击力和打击深度；压力过大时，会使工具头与待加工工件的间隙减小，磨料和工作液不能顺利循环更新，都将降低生产率；而且当压力过大时，容易在待加工工件的入口处产生崩边现象。因此，综合考量，第一进给压力的范围为60kPa——200kPa。进一步地，第一进给压力的范围可以为70kPa——150kPa，可以在避免产生崩边的同时保证生产率。
步骤S130，通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给，直到第二异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击所述待加工工件，以在所述待加工工件的反面加工出异形孔的出口并继续加工待加工工件。
同理，第二异形工具头设置在另一变幅杆上，通过超声波发生器产生超声频电能，超声换能器将超声频电能转换成超声振动的机械能，变幅杆进行振幅放大和聚能。变幅杆将超声振动机械能传递给第二异形工具头，第二异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击待加工工件的反面。
例如，可以通过设计特定的夹具夹持位于左右两侧的超声换能器、变幅杆和异形工具头形成的超声振动系统，进而使左右两侧对称的第一异形工具头和第二异形工具头向左右方向靠近待加工工件的异形相向移动进给。或者，超声振动系统也可以位于上下两侧，上下两侧对称的第一异形工具头和第二异形工具头向上下方向靠近待加工工件相向移动进给。
在加工的过程中，第二异形工具头对待加工工件应有一个合适的进给压力，压力过小时，则第二异形工具头端面与待加工工件的加工表面间隙增大，从而减弱了磨料对待加工工件的撞击力和打击深度；压力过大时，会使工具头与待加工工件的间隙减小，磨料和工作液不能顺利循环更新，都将降低生产率；而且当压力过大时，容易在待加工工件的入口处产生崩边现象。因此，综合考量，第二进给压力的范围为60kPa——200kPa。进一步地，第二进给压力的范围可以为70kPa——150kPa，可以在避免产生崩边的同时保证生产率。
进一步地，步骤S120与步骤S130可以同时进行。或者，步骤S120与步骤S130可以一前一后进行。例如，步骤S120在前，先在待加工工件的正面加工出异形孔的入口，步骤S130在后，后在待加工工件的反面加工出异形孔的出口。或者，步骤S130在前，先在待加工工件的反面加工出异形孔的出口，步骤S120在后，后在待加工工件的正面加工出异形孔的入口。
步骤S140，当所述待加工工件的剩余加工量W1达到预设值时，使第一异形工具头或第二异形工具头中的其中一者远离待加工工件。其中，待加工工件的剩余加工量W1=待加工工件的总厚度W总-待加工工件正面已加工量W正-待加工工件反面已加工量W反。待加工工件正面已加工量W正=正面的超声换能器的进给量，待加工工件反面已加工量W反=反面的超声换能器的进给量。具体地，剩余加工量W1的预设值范围为0.1mm——0.5mm。进一步地，剩余加工量W1的预设值范围为0.2mm——0.3mm。即，当待加工工件还有剩余加工量W1时，使第一异形工具头或第二异形工具头的其中一者远离待加工件，防止第一异形工具头与第二异形工具头两者冲击穿待加工工件后相撞。
步骤S150，使第一异形工具头或第二异形工具头中的另一者以第三进给压力继续加工待加工工件，以在待加工工件上加工出贯穿入口与出口的异形孔。
在继续加工的过程中，工具头对待加工工件应有一个合适的进给压力，压力过小时，则工具头断面与待加工工件的加工表面间隙增大，从而减弱了磨料对待加工工件的撞击力和打击深度；压力过大时，会使工具头与待加工工件的间隙减小，磨料和工作液不能顺利循环更新，都将降低生产率；而且当压力过大时，容易使待加工工件碎裂。因此，综合考量，第三进给压力的范围为60kPa——200kPa。进一步地，第三进给压力的范围可以为70kPa——150kPa，可以在避免产生崩边的同时保证生产率。
进一步地，第一进给压力等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第二进给压力。即，第一、第二和第三进给压力三者相同。或者，在其他的实施方式中，所述第一进给压力等于第二进给压力，所述第三进给压力小于第二进给压力。或者第一进给压力不等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第二进给压力。或者第一进给压力不等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第一进给压力。
下面以一个具体的举例来说明步骤S140与步骤S150：
当待加工工件的剩余加工量达到0.2mm时，使第一异形工具头远离待加工工件。例如，可以使第一异形工具头沿原路返回至初始位置。然后使第二异形工具头以第三进给压力继续加工待加工工件，以加工出贯穿正面与反面的异形孔。第三进给压力可以与第二进给压力保持相同，这样就无需调整下压力，节省操作工序，省时省事。
上述超声波冲击加工异形孔的方法至少具有以下优点：
在加工的过程中，将待加工工件置于磨料悬浮液中，可以通过使第一异形工具头向靠近待加工工件的正面的方向移动进给，以在待加工工件的正面加工出异形孔的入口并继续加工待加工工件；通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给，以在所述待加工工件的反面加工出异形孔的出口并继续加工待加工工件；当所述待加工工件的剩余加工量W1达到预设值时，使第一异形工具头或第二异形工具头中的其中一者远离待加工工件，另一者以第三进给压力继续加工待加工工件，以在待加工工件上加工出贯穿正面与反面的异形孔。通过正面和反面双向对待加工工件以合适的进给压力进行异形孔的加工，当待加工工件的剩余量达到预设值时，只保留一侧的异形工具头对工件进行加工，可以有效避免在异形孔的入口和出口处产生崩边现象。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待加工工件置于磨料悬浮液中，并保证待加工工件的正面及反面分别朝向第一异形工具头与第二异形工具头；
通过第一进给压力使第一异形工具头向靠近所述待加工工件的正面的方向移动进给，直到第一异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击所述待加工工件，以在所述待加工工件的正面加工出异形孔的入口并继续加工待加工工件；
通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给，直到第二异形工具头端面的超声振动机械能使磨料冲击所述待加工工件，以在所述待加工工件的反面加工出异形孔的出口并继续加工待加工工件；
当所述待加工工件的剩余加工量W1达到预设值时，使第一异形工具头或第二异形工具头中的其中一者远离待加工工件；
使第一异形工具头或第二异形工具头中的另一者以第三进给压力继续加工待加工工件，以在待加工工件上加工出贯穿入口与出口的异形孔。
2.根据权利要求1所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，步骤通过第一进给压力使第一异形工具头向靠近所述待加工工件的正面的方向移动进给与步骤通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给同时进行。
3.根据权利要求1所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，步骤通过第一进给压力使第一异形工具头向靠近所述待加工工件的正面的方向移动进给与步骤通过第二进给压力使第二异形工具头向靠近待加工工件的反面的方向移动进给一前一后进行。
4.根据权利要求1所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，所述第一进给压力的范围为60kPa——200kPa。
5.根据权利要求1所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，所述第二进给压力的范围为60kPa——200kPa。
6.根据权利要求1所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，所述第三进给压力的范围为60kPa——200kPa。
7.根据权利要求1所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，所述第一进给压力等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第二进给压力；或者
所述第一进给压力等于第二进给压力，所述第三进给压力小于第二进给压力；或者
所述第一进给压力不等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第二进给压力；或者
所述第一进给压力不等于第二进给压力，所述第三进给压力等于第一进给压力。
8.根据权利要求1至7任一项所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，所述磨料悬浮液包括磨料和工作液，所述磨料为金刚石磨料、碳化硼磨料、碳化硅磨料或氧化铝磨料，所述工作液为水、机油或煤油。
9.根据权利要求1至7任一项所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，所述剩余加工量W1的预设值的范围为0.1mm——0.5mm。
10.根据权利要求9所述的超声波冲击加工异形孔的方法，其特征在于，所述剩余加工量W1的预设值的范围值为0.2mm——0.3mm。
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Effective date of registration: 20200228 Address after: 510663 the first and second floors of gate machine building (Block C), Pinyao Electronic Industrial Park, No. 8, Yuner Road, south of Science City, Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangdong Province Applicant after: CONPROFE TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd. Applicant after: SMARTGUY INTELLIGENT EQUIPMENT Co.,Ltd. GUANGZHOU BRANCH Address before: 510663 The first, second and third floors of the Portal Machine Building (Block C) of Product Yao Electronic Industry Park, No. 8, Nanyun Road, Science City, Guangzhou High-tech Industrial Development Zone, Guangzhou, Guangdong Province Applicant before: CONPROFE GREEN TOOLS Co.,Ltd. Applicant before: CONPROFE TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd. |
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Application publication date: 20190924 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |