CN110814446B - 一种mj内螺纹滚压强化装置及强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MJ内螺纹滚压强化装置及强化方法，装置包括刀杆、滚压机构和压力传导机构；刀杆下表面长度方向依次开设有第一槽、第二槽和通孔，滚压机构置于通孔中并可上下运动，压力传导机构包括传力件、弹簧和压力传感器，刀杆水平布置，弹簧和压力传感器从上至下置于第一槽中，压力传感器上下运动并压缩弹簧；传力件包括安装部，以及对称连接于安装部沿刀杆长度方向两端的第一臂和第二臂，安装部安装于第二槽中，第一臂与压力传感器的底部抵接，第二臂与滚压机构的底部抵接。对称设置的传力件可实现滚压机构与压力传感器之间的等压力传递。由于可直接进行高精度滚压力显示及控制，滚压强化效果的一致性和滚压精度大大提高。

Description

一种MJ内螺纹滚压强化装置及强化方法

技术领域

本发明涉及金属材料表面强化技术领域，尤其涉及一种MJ内螺纹滚压强化装置及强化方法。

背景技术

螺纹滚压强化是利用钢的弹塑性变形性质，使用一个与螺纹根部圆角的形状与几何尺寸相吻合的滚轮，在零件旋转时，对螺纹根部圆角处施加一定的滚压力，使该处金属表面产生一个弹塑性变形层而达到强化螺纹的一种方法。螺纹滚压强化工艺常用于航空高强度带MJ螺纹（加强螺纹）金属零件的制造过程，作为一项特殊过程加以控制，该工艺结合MJ螺纹的结构特点显著提高零件的疲劳寿命。

MJ螺纹滚压强化过程中，滚轮对螺纹根部圆角的滚压力是强化效果的决定性因素，也是滚压强化工艺的关键工艺参数。目前，MJ螺纹滚压强化所采用的滚压方法主要有两种：一是以机床径向进给量作为主要工艺参数进行间接控制，不同的进给量代表不同的滚压力，采用该方法时由于不同材料的弹性模量不同、“零件—滚压工具”组成的系统刚性不同及不同操作者对刀时对“零位置”的观察确定不同，以同样的进给量对不同材料或不同零件的螺纹根部圆角进行滚压强化，其实际作用的滚压力可能相差很大，从而导致强化效果存在较大差异，滚压强化效果的一致性较差；二是滚压工具中自带表盘，表盘读数指示滚轮的实际径向进给量，通过对照表得出滚压力值，该方法较第一种有较大改进，避免了“机床—工具系统”刚性、材料弹性模量、零件结构或人为等因素的影响，但该方法仍然无法直接精确给出滚压力值，通过对照表得出的滚压力值范围较大，无法满足MJ内螺纹滚压强化较小滚压力的精度要求。同时，上述两种方法还存在以下共同缺点：1）不能在数控机床上进行MJ螺纹滚压强化，由于越来越多的零件具有较大的回转半径，目前普通机床的回转半径均不大，导致部分零件的滚压强化受到限制；2）滚轮轮缘型面不能自适应螺纹根部圆角部位，滚压过程中滚轮不能根据螺纹螺距在公差范围内的变动及机床精度导致滚轮沿机床轴向微小跳动而进行自动调整，以使滚轮及时对准螺纹根部圆角部位，从而导致机床精度、螺纹加工精度等因素对滚压强化效果的一致性存在一定影响；3）零件装夹精度要求高，通常要求同轴度在0.05mm以内，但对大型复杂零件或薄壁零件，重复装夹才能达到该要求，经常耗费大量时间；4）对刀精度要求高，滚轮必须准确对准螺纹根部圆角处，否则容易滚压到螺纹牙型面上，尤其对内螺纹，滚压工具占据大部分空间，观察空间小，对刀难度大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能直接进行高精度滚压力显示及控制的MJ内螺纹滚压强化装置，还相应提供一种利用该装置进行内螺纹滚压强化的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种MJ内螺纹滚压强化装置，包括刀杆、滚压机构和压力传导机构；所述刀杆的下表面开设有沿刀杆长度方向依次布置的第一槽、第二槽和通孔，所述滚压机构置于所述通孔中并可沿通孔的孔壁上下往复运动，所述压力传导机构包括传力件、弹簧和压力传感器，所述刀杆水平布置，所述弹簧和压力传感器从上至下置于第一槽中，所述压力传感器可沿第一槽的槽壁上下往复运动并压缩所述弹簧；

所述传力件包括安装部，以及对称连接于安装部沿刀杆长度方向两端的第一臂和第二臂，所述安装部安装于第二槽中，所述第一臂与压力传感器的底部抵接，所述第二臂与滚压机构的底部抵接。

将刀杆安装于机床上后，通过机床带动刀杆向上移动一定距离从而使滚压机构与工件内螺纹根部圆角抵接并产生压力，工件转动过程中即可对内螺纹进行滚压强化。对称设置的传力件可实现滚压机构与压力传感器之间的等压力传递，并通过外接显示仪表显示力值。由于可直接进行高精度滚压力显示及控制，与现有的方法相比，滚压强化效果的一致性和滚压精度大大提高。并且，滚压力采用杠杆传递方法显示，滚压机构占据空间大大减少，观察空间大，对刀难度减小。此外，选用不同劲度系数的弹簧，可以实现不同的滚压力精度控制要求。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第一槽的底壁开设有供压力传感器的数据线穿出的线孔。

作为滚压机构的一种具体结构形式，所述滚压机构包括滚轮座、滚轮和滚轴，所述滚轮座置于所述通孔中并与通孔配合，所述滚轮座的上表面开设有容置槽，所述滚轮通过所述滚轴安装于所述容置槽中。

所述容置槽沿刀杆长度方向两端的槽壁上分别开设有贯穿滚轮座的容置孔，所述滚轴的两端分别穿设于相应的容置孔中，所述滚轴可轴向转动且可沿刀杆的长度方向往复运动，所述容置孔的孔口部分或全部位于所述通孔中。

由此，滚压过程中滚轮能根据螺纹螺距在公差范围内的变动及机床精度导致滚轮沿机床轴向微小跳动而进行自动调整，以使滚轮及时对准螺纹根部圆角部位，从而消除机床精度、螺纹加工精度等因素对滚压强化效果一致性的影响，且降低了零件重复安装定位精度及滚轮对刀精度要求。

优选地，所述滚轮安装于滚轴上，所述滚轮可绕滚轴旋转且可沿滚轴的长度方向往复运动。

为适应不同的螺纹升角，所述滚轮座为柱形结构且可轴向旋转，所述刀杆上设有限制滚轮座上下运动或轴向旋转的限位件。切换不同螺纹升角的工件时，工件带动滚轮座轴向旋转至滚轮及时对准新工件的螺纹根部圆角部位。

所述滚轮座的侧壁上开设有限位槽，所述限位件伸入所述限位槽中，所述限位件可在滚轮座上下运动或轴向旋转过程中与限位槽的槽壁抵接。

所述安装部通过铰接轴与刀杆铰接，所述传力件可绕铰接轴转动以使第二臂与滚压机构断开连接。

由此，传力件与铰接轴形成等臂杠杆，传力件绕铰接轴转动至使第二臂与滚压机构断开连接后，即可解除滚压机构对工件内螺纹根部圆角的压力，从而滚压机构向下运动使得滚轮低于螺纹牙顶，避免滚压机构沿机床轴向移动过程中与零件干涉，从而可实现MJ螺纹滚压强化工艺在数控机床上的应用，扩大零件的可加工范围。

所述刀杆上设有用于驱动传力件绕铰接轴旋转以使第二臂与滚压机构断开连接的驱动机构。

优选的，所述驱动机构包括安装座和驱动螺栓；所述安装座开设有通槽，所述刀杆穿设于所述通槽中，所述驱动螺栓穿过安装座的底部后伸入所述通槽中，所述驱动螺栓可向上旋转至与第一臂抵接并驱动传力件绕铰接轴旋转。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种利用上述的MJ内螺纹滚压强化装置进行内螺纹滚压强化的方法，包括以下步骤：

S1：将刀杆安装至机床刀架上，压力传感器与外部显示仪表电连接；

S2：对刀后，移动刀架通过进给量以对零件内螺纹施加滚压力到规定值；

S3：运行机床使零件旋转前进，至完成内螺纹滚压。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明可实现滚压力的高精度显示及控制，降低零件重复安装定位精度及滚轮对刀精度要求，减少生产辅助时间，提高零件生产效率和零件滚压强化质量，并实现在数控机床上的应用。

附图说明

图1为本发明实施例的MJ内螺纹滚压强化装置的结构示意图。

图2为发明实施例的MJ内螺纹滚压强化装置的剖视示意图。

图3为发明实施例中的刀杆的结构示意图。

图4为发明实施例中的安装座的结构示意图。

图5为发明实施例中的滚压机构的结构示意图。

图6为使用本装置进行MJ内螺纹滚压强化时滚轮自适应螺纹根部的原理简图。

图7为图6中A处的放大图。

图例说明：1、刀杆；2、滚轮座；21、容置槽；22、容置孔； 23、限位槽；3、滚轮；4、滚轴；5、限位件；6、传力件；61、安装部；62、第一臂；63、第二臂；7、弹簧；8、驱动螺栓；9、安装座；91、通槽；10、压力传感器； 11、铰接轴。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的MJ内螺纹滚压强化装置，包括刀杆1、滚压机构和压力传导机构。

如图3所示，刀杆1水平布置，刀杆1右段的下表面开设有沿刀杆1长度方向依次布置的第一槽1d、第二槽1c和通孔1a，第一槽1d、第二槽1c和通孔1a的下部贯通，刀杆1的左段用于与机床固定。

滚压机构置于通孔1a中并可沿通孔1a的孔壁上下往复运动。

压力传导机构包括传力件6、弹簧7和压力传感器10，弹簧7和压力传感器10从上至下置于第一槽1d中，压力传感器10可沿第一槽1d的槽壁上下往复运动并压缩弹簧7。第一槽1d的底壁开设有供压力传感器10的数据线穿出的线孔1f。

传力件6包括安装部61，以及对称连接于安装部61沿刀杆1长度方向两端的第一臂62和第二臂63，安装部61置于第二槽1c中且通过铰接轴11与刀杆1铰接，第一臂62与压力传感器10的底部抵接，第二臂63与滚压机构的底部抵接。

如此，传力件6与铰接轴11形成等臂杠杆，工作时，机床由于进给量给刀杆施加压力，一方面传递至工件内螺纹根部圆角以推动滚压机构向上压螺纹，一方面传递至压力传感器推动压力传感器向上压缩弹簧，从而传力件6两臂保持平衡，实现滚压机构与压力传感器10之间的等压力传递，并通过外接显示仪表显示力值。选用不同劲度系数的弹簧7，可以实现不同的滚压力精度控制要求。

传力件6可绕铰接轴11转动以使第二臂63与滚压机构断开连接。第二臂63与滚压机构断开连接后，即可解除滚压机构对工件内螺纹根部圆角的压力，从而滚压机构向孔中心运动使得滚轮3低于螺纹牙顶。或者使滚轮3的轮缘在未进入待滚压的螺纹范围前低于螺纹牙顶，避免滚压机构沿机床轴向移动过程中与零件干涉。从而可实现MJ螺纹滚压强化工艺在数控机床上的应用，扩大零件的可加工范围。

刀杆1上设有用于驱动传力件6绕铰接轴11旋转以使第二臂63与滚压机构断开连接的驱动机构。如图1所示，驱动机构包括安装座9和驱动螺栓8。如图4所示，安装座9开设有沿刀杆1长度方向布置的通槽91，刀杆1穿设于通槽91中。通槽91上下两个槽壁均开孔，驱动螺栓8穿过安装座9底部的孔后伸入通槽91中，驱动螺栓8可向上旋转至与第一臂62抵接并驱动传力件6绕铰接轴11旋转。当滚轮3进入待滚压的螺纹范围时，拧松驱动螺栓8，使滚压力施加到螺纹根部上。

压力传感器10的数据线穿过线孔1f后从安装座9底部的孔穿出，外接信号处理及显示仪表。

如图5所示，滚压机构包括滚轮座2、滚轮3和滚轴4，滚轮座2为柱形结构且可轴向旋转，滚轮座2置于通孔1a中并与通孔1a配合，滚轮座2的上表面开设有容置槽21，滚轮3通过滚轴4安装于容置槽21中。

具体地，容置槽21沿刀杆1长度方向两端的槽壁上分别开设有贯穿滚轮座2的容置孔22，滚轴4的两端分别穿设于相应的容置孔22中，滚轮3安装于滚轴4上，滚轮3可绕滚轴4旋转并沿滚轴4的长度方向往复运行。滚轴4可轴向转动且可沿刀杆1的长度方向往复运动，容置孔22的孔口部分或全部位于通孔1a中。此外，为便于安装较大尺寸的滚轮3，容置槽21垂直于刀杆1长度方向两端开口，以便滚轮3伸出容置槽21外。

如图1所示，刀杆1上设有限制滚轮座2上下运动或轴向旋转的限位件5，限制滚轮座2的运动范围，保证工作过程的安全。

本实施例中，限位件5为限位螺栓，相应地，滚轮座2的侧壁上开设有限位槽23，限位件5伸入限位槽23中，限位件5可在滚轮座2上下运动或轴向旋转过程中与限位槽23的槽壁抵接，实际操作中，滚轮座可绕其轴线转动约±10°。

将本装置应用在数控机床上进行MJ内螺纹滚压强化的过程如下：

1、安装待螺纹滚压强化的零件并找正，确定跳动量。

2、根据跳动量及所需力值控制精度要求，选定合劲度系数适的弹簧7：如要求在跳动量为0.1mm时力值变化不超过30N，则，选择弹簧的劲度系数k=30N/0.1mm=3×10⁵N/m。

3、将本装置刀杆固定端1e固定在机床刀架上，接好数据线及外部显示仪表。

4、接上电源，拧松驱动螺栓8，将外部显示仪表力值清零。

5、调节滚轮3使其在滚轮架2安装槽的中间位置，通过操作面板逐步移动滚压装置，使滚轮对齐待滚压螺纹零件孔口处的某一扣螺纹（图6和7中所示为第三扣），由于本发明中的滚压机构具备自适应能力，因而无需精确对齐。

6、横向逐步移动刀架进给，使滚压力逐渐增加到规定范围内偏中上值，如范围为900N～1000N，则力值可定为970N。手动拧紧驱动螺栓8施加驱动力，使滚轮3轮缘高出螺纹牙顶，保持横向进给量不变，数控编程，零件反向旋转，纵向按走螺距方式退刀到距孔口一定距离的安全位置。

7、以该安全位置为数控编程的原点，按走螺距的方式进行数控编程，保持横向进给量不变，纵向走刀，零件正转。

8、运行数控程序，当滚轮刚进入待滚压螺纹的第一扣，拧松驱动螺栓8，使滚压力施加到零件螺纹上；当滚压到退刀槽时，拧紧驱动螺栓8，使滚轮轮缘高出螺纹牙顶，数控退刀。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，包括刀杆（1）、滚压机构和压力传导机构；所述刀杆（1）的下表面开设有沿刀杆（1）长度方向依次布置的第一槽（1d）、第二槽（1c）和通孔（1a），所述滚压机构置于所述通孔（1a）中并可沿通孔（1a）的孔壁上下往复运动，所述压力传导机构包括传力件（6）、弹簧（7）和压力传感器（10），所述刀杆（1）水平布置，所述弹簧（7）和压力传感器（10）从上至下置于第一槽（1d）中，所述压力传感器（10）可沿第一槽（1d）的槽壁上下往复运动并压缩所述弹簧（7）；

所述传力件（6）包括安装部（61），以及对称连接于安装部（61）沿刀杆（1）长度方向两端的第一臂（62）和第二臂（63），所述安装部（61）安装于第二槽（1c）中，所述第一臂（62）与压力传感器（10）的底部抵接，所述第二臂（63）与滚压机构的底部抵接。

2.根据权利要求1所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述滚压机构包括滚轮座（2）、滚轮（3）和滚轴（4），所述滚轮座（2）置于所述通孔（1a）中并与通孔（1a）配合，所述滚轮座（2）的上表面开设有容置槽（21），所述滚轮（3）通过所述滚轴（4）安装于所述容置槽（21）中。

3.根据权利要求2所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述容置槽（21）沿刀杆（1）长度方向两端的槽壁上分别开设有贯穿滚轮座（2）的容置孔（22），所述滚轴（4）的两端分别穿设于相应的容置孔（22）中，所述滚轴（4）可轴向转动且可沿刀杆（1）的长度方向往复运动，所述容置孔（22）的孔口部分或全部位于所述通孔（1a）中。

4.根据权利要求2所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述滚轮（3）安装于滚轴（4）上，所述滚轮（3）可绕滚轴（4）旋转且可沿滚轴（4）的长度方向往复运动。

5.根据权利要求2所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述滚轮座（2）为柱形结构且可轴向旋转，所述刀杆（1）上设有限制滚轮座（2）上下运动或轴向旋转的限位件（5）。

6.根据权利要求5所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述滚轮座（2）的侧壁上开设有限位槽（23），所述限位件（5）伸入所述限位槽（23）中，所述限位件（5）可在滚轮座（2）上下运动或轴向旋转过程中与限位槽（23）的槽壁抵接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述安装部（61）通过铰接轴（11）与刀杆（1）铰接，所述传力件（6）可绕铰接轴（11）转动以使第二臂（63）与滚压机构断开连接。

8.根据权利要求7所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述刀杆（1）上设有用于驱动传力件（6）绕铰接轴（11）旋转以使第二臂（63）与滚压机构断开连接的驱动机构。

9.根据权利要求8所述的MJ内螺纹滚压强化装置，其特征在于，所述驱动机构包括安装座（9）和驱动螺栓（8）；所述安装座（9）开设有通槽（91），所述刀杆（1）穿设于所述通槽（91）中，所述驱动螺栓（8）穿过安装座（9）的底部后伸入所述通槽（91）中，所述驱动螺栓（8）可向上旋转至与第一臂（62）抵接并驱动传力件（6）绕铰接轴（11）旋转。

10.利用如权利要求1-9任一项所述的MJ内螺纹滚压强化装置进行内螺纹滚压强化的方法，包括以下步骤：

S1：将刀杆（1）安装至机床刀架上，压力传感器（10）与外部显示仪表电连接；

S2：对刀后，移动刀架通过进给量以对零件内螺纹施加滚压力到规定值；

S3：运行机床使零件旋转前进，至完成内螺纹滚压。

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