CN113059314B - 一种可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具，该内冷滚压刀具包括刀柄、可旋转刀头和介质输送管路；可旋转刀头包括基座、滚压头和滚珠；基座的底端安装于刀柄，基座的顶部设置有与介质输送管路连接的介质输入口；滚压头可拆卸地安装于基座的前端面，并在滚压头周向的基座的前端面设置有多个喷孔；介质输送管路和喷孔之间通过介质流动通道连通；滚珠安装于滚压头背离基座的一端部；介质输送管路用于输送冷却润滑介质；基座具有转动状态和锁定状态。上述内冷滚压刀具能够实现金属材料表层的低温滚压，具有操作简单和安装方便的特点，解决了现有低温滚压装置存在的加工效率低和精度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属滚压技术领域，具体涉及一种可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具。
背景技术
滚压是一种无切削的塑性加工方法，利用滚压工具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，表面波峰位置的材料填入到低凹波谷中，使得工件的表面粗糙度降低；同时，由于被滚压的表层金属产生塑性变形，导致表层组织冷作硬化，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善工件表面的抗疲劳强度。然而，单一的滚压强化处理对材料表层引入残余压应力的作用较小，将滚压强化技术与其他表面改性技术结合，可以获得更高的表面质量。
金属表层低温滚压是在滚压强化过程中，使表层金属保持一种低温状态，待强化过程结束后，由于恢复室温过程中内层金属与表层金属膨胀不一致，而使表层金属引入残余压应力，通过这种方式可以弥补滚压强化的不足；微量润滑是用少量的润滑油经压缩空气雾化后的油雾颗粒对加工区域进行冷却和润滑的技术，该技术可以改善加工条件，降低摩擦磨损，近年来得到了广泛的应用。现有技术中提供了一种低温滚压装置，在对工件的滚压过程中，外置冷却系统持续对工件进行冷却降温实现了低温滚压，但需要人工调整喷嘴位置，导致加工效率低和精度低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具，能够实现金属材料表层的低温滚压，具有操作简单和安装方便的特点，进而简化滚压加工装置的结构，解决了现有低温滚压装置存在的加工效率低和精度低的问题。
本发明采用以下具体技术方案：
一种可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具，该内冷滚压刀具包括刀柄、可旋转刀头和介质输送管路；
所述刀柄设置有用于装配所述可旋转刀头的前端和用于固定安装于刀架的后端；
所述可旋转刀头包括基座、滚压头和滚珠；所述基座的底端安装于所述刀柄，所述基座的顶部设置有与所述介质输送管路连接的介质输入口，内部设置有介质流动通道；所述滚压头可拆卸地安装于所述基座的前端面，并在所述滚压头周向的所述基座的前端面设置有多个用于喷射冷却润滑介质的喷孔；所述滚珠安装于所述滚压头背离所述基座的一端部；
所述介质输送管路和所述喷孔之间通过所述介质流动通道连通；所述介质输送管路用于输送冷却润滑介质；
所述基座具有转动状态和锁定状态，并能够在转动状态和锁定状态之间进行切换，其中：
当所述基座处于转动状态时，所述基座能够相对所述刀柄在水平面内转动，用于调节所述滚压头；
当所述基座处于锁定状态时，所述基座相对所述刀柄固定，用于进行滚压处理。
更进一步地，所述介质流动通道设置有与每个所述喷孔连通的内部环形流道。
更进一步地，所述基座设置有沿周向分布的多个锁定孔；
所述刀柄设置有一个朝向所述基座凸起的定位柱；
当所述基座处于转动状态时，所述定位柱从所述锁定孔中脱出；
当所述基座处于锁定状态时，所述定位柱插接于一个所述锁定孔中，所述定位柱用于限制所述基座在水平面内的转动。
更进一步地，所述刀柄设置有沿周向分布的多个锁定孔；
所述基座设置有一个朝向所述刀柄凸起的定位柱；
当所述基座处于转动状态时，所述定位柱从所述锁定孔中脱出；
当所述基座处于锁定状态时，所述定位柱插接于一个所述锁定孔中，所述定位柱用于限制所述基座在水平面内的转动。
更进一步地，所述基座的底端设置有中心孔；
所述刀柄设置有与所述中心孔位置对应的中心轴；
所述中心轴与所述中心孔之间间隙配合。
更进一步地，所述基座的底端设置有朝向所述刀柄凸出的中心轴；
所述刀柄设置有与所述中心轴位置对应的中心孔；
所述中心轴与所述中心孔之间间隙配合。
更进一步地，所述滚珠为金刚石球或陶瓷球。
更进一步地，所述介质输送管路螺纹连接于所述基座。
更进一步地，多个所述喷孔沿所述滚压头的周向均匀分布。
更进一步地，所述喷孔为圆孔。
有益效果：
本发明的可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具，可实现金属材料表层的低温滚压，仅通过该内冷滚压刀具即可实现金属材料在冷却润滑的同时进行滚压加工，简化了滚压加工装置的结构，并具有操作简单和安装方便的特点，解决了现有低温滚压装置存在的加工效率低和精度低的问题；该刀具不仅可以实现金属材料表层的低温滚压，还可以通过改变滚压头的角度，实现不同位置的滚压加工，提高滚压强化的灵活性，同时实现对喷孔位置的调整，延长冷却介质的作用时间，实现金属整体低温滚压；与现有滚压强化装置相比，该内冷滚压刀具还可以在金属材料表面引入较高的残余压应力，改善工件的抗疲劳特性。
附图说明
图1为本发明的可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具的立体结构示意图；
图2为图1中可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具的A向结构示意图；
图3为图2中可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具的B-B向剖视图；
图4为图3中可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具的C-C向剖视图。
其中，1-刀柄，2-可旋转刀头，3-介质输送管路，11-前端，12-后端，13-中心轴，21-基座，22-滚压头，23-滚珠，24-介质流动通道，25-喷孔，26-内部环形通道
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明实施例提供了一种可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具，参考图1、图2、图3和图4，其中，图1中示意了可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具的整体结构示意图，图2中示意了图1中内冷滚压刀具在A向的结构示意图，图3中示意了图2中内冷滚压刀具在B-B向的剖视图，图4示意了图3中内冷滚压刀具在C-C向的剖视图，该内冷滚压刀具用于实现金属材料表层的低温滚压处理，包括刀柄1、可旋转刀头2和介质输送管路3；刀柄1设置有用于装配可旋转刀头2的前端11和用于固定安装于刀架的后端12；在使用过程中，刀柄1的后端12固定安装于车床的刀架，刀架的前端11用于安装可旋转刀头2；
如图1结构所示，可旋转刀头2包括基座21、滚压头22和滚珠23；基座21的底端安装于刀柄1，刀柄1在前端11设置有用于安装基座21的安装座，基座21安装于安装座的顶部；基座21的顶部设置有与介质输送管路3连接的介质输入口，内部设置有介质流动通道24；介质输送管路3用于输送冷却润滑介质，冷却润滑介质可以为液氮、超临界二氧化碳等低温介质，也可以为液氮、超临界二氧化碳等低温介质与耐低温润滑油雾的混合物；冷却润滑介质喷出的流量和速率可通过控制气体和油雾的喷出速率进行控制，实现不同程度的降温；介质输送管路3可以通过螺纹连接于基座21；滚压头22可拆卸地安装于基座21的前端面，在滚珠23达到一定磨损程度后，通过可拆卸安装的滚压头22可方便进行更换；在滚压头22周向的基座21的前端面设置有多个用于喷射冷却润滑介质的喷孔25，喷孔25可以为圆孔，并且多个喷孔25沿滚压头22的周向均匀分布；喷孔25的具体数量可以根据实际需要进行设置，如图2中在基座21的前端面设置有8个圆形喷孔25；
如图3和图4结构所示，介质输送管路3和喷孔25之间通过介质流动通道24连通，用于使由介质输送管路3供给的冷却润滑介质通过喷孔25喷出，实现金属材料表层的迅速降温，并起到润滑作用，减少摩擦磨损；同时，通过控制喷孔25的出射角度，还可以改变冷却润滑介质作用的位置和时间，达到预先使金属材料降温的目的，实现金属材料整体的低温滚压；介质流动通道24设置有与每个喷孔25连通的内部环形流道，通过设置于基座21内的内部环形流道能够方便地向每个喷孔25输送冷却润滑介质；
滚珠23安装于滚压头22背离基座21的一端部；滚珠23为滚压强化的主要工作部件；滚珠23可以为金刚石球或陶瓷球，实现对不同硬度的工件进行加工；
基座21具有转动状态和锁定状态，并能够在转动状态和锁定状态之间进行切换，其中：
当基座21处于转动状态时，基座21能够相对刀柄1在水平面内转动，用于调节滚压头22；此时，通过基座21相对刀柄1的转动能够实现对基座21的角度调节，从而能够根据加工表面的形状调节滚珠23的位置，选择适合的角度，从而实现多角度滚压加工；
当基座21处于锁定状态时，基座21相对刀柄1固定，用于进行滚压处理；当滚珠23的位置调节到位后进行滚压加工时，使基座21处于锁定状态，使基座21与刀柄1相对固定，便于进行滚压加工。
上述内冷滚压刀具的可旋转刀头2通过基座21能够转动地安装于刀柄1，在基座21的顶部连接有介质输送管路3，并在基座21上设置有多个喷孔25，喷孔25与介质输送管路3之间通过内部的介质流动通道24连通，使得在对金属材料进行滚压加工之前或滚压加工的同时向金属材料表面喷射液氮或超临界二氧化碳等冷却润滑介质，实现金属材料表层的低温滚压，仅通过该内冷滚压刀具即可实现金属材料在冷却润滑的同时进行滚压加工，简化了滚压加工装置的结构，并具有操作简单和安装方便的特点，解决了现有低温滚压装置存在的加工效率低和精度低的问题；由于基座21能够相对刀柄1在水平面内转动，因此，该刀具不仅可以实现金属材料表层的低温滚压，还可以通过改变滚压头22的角度，实现不同位置的滚压加工，提高滚压强化的灵活性，同时实现对喷孔25位置的调整，延长冷却介质的作用时间，实现金属整体低温滚压；与现有滚压强化装置相比，该内冷滚压刀具还可以在金属材料表面引入较高的残余压应力，改善工件的抗疲劳特性。
为了实现基座21与刀柄1之间的相对固定，即，将基座21锁定于刀柄1的前端11，可以采用以下两种安装方式：
方式一，基座21设置有沿周向分布的多个锁定孔；刀柄1设置有一个朝向基座21凸起的定位柱；当基座21处于转动状态时，定位柱从锁定孔中脱出；当基座21处于锁定状态时，定位柱插接于一个锁定孔中，定位柱用于限制基座21在水平面内的转动。
方式二，刀柄1设置有沿周向分布的多个锁定孔；基座21设置有一个朝向刀柄1凸起的定位柱；当基座21处于转动状态时，定位柱从锁定孔中脱出；当基座21处于锁定状态时，定位柱插接于一个锁定孔中，定位柱用于限制基座21在水平面内的转动。
通过设置于基座21和刀柄1中相互配合的定位柱与锁定孔，实现了基座21与刀柄1之前的定位，限制了基座21与刀柄1之间在水平面内的转动。
在上述各种实施例的基础上，基座21与刀柄1之间的转动安装可以采用以下轴孔配合地结构实现：
基座21的底端设置有中心孔；刀柄1设置有与中心孔位置对应的中心轴13；中心轴13与中心孔之间间隙配合；
或者，
基座21的底端设置有朝向刀柄1凸出的中心轴13；刀柄1设置有与中心轴13位置对应的中心孔；中心轴13与中心孔之间间隙配合。
通过设置在基座21和刀柄1上的相互配合的中心轴13和中心孔，能够对基座21在水平面内的移动自由度进行限制，使得基座21只能相对刀柄1进行转动；通过中心孔和中心轴13的轴孔配合，搭配定位柱和锁定孔的锁定结构，使得基座21与刀柄1之间具有拆装方便、快速的特点，而且结构简单。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可变角度低温润滑专用内冷滚压刀具，其特征在于，包括刀柄、可旋转刀头和介质输送管路；
所述刀柄设置有用于装配所述可旋转刀头的前端和用于固定安装于刀架的后端；
所述可旋转刀头包括基座、滚压头和滚珠；所述基座的底端安装于所述刀柄，所述基座的顶部设置有与所述介质输送管路连接的介质输入口，内部设置有介质流动通道；所述滚压头可拆卸地安装于所述基座的前端面，并在所述滚压头周向的所述基座的前端面设置有多个用于喷射冷却润滑介质的喷孔；所述滚珠安装于所述滚压头背离所述基座的一端部；
所述介质输送管路和所述喷孔之间通过所述介质流动通道连通；所述介质输送管路用于输送冷却润滑介质；
所述基座具有转动状态和锁定状态，并能够在转动状态和锁定状态之间进行切换，其中：
当所述基座处于转动状态时，所述基座能够相对所述刀柄在水平面内转动，用于调节所述滚压头；
当所述基座处于锁定状态时，所述基座相对所述刀柄固定，用于进行滚压处理。
2.如权利要求1所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述介质流动通道设置有与每个所述喷孔连通的内部环形流道。
3.如权利要求1所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述基座设置有沿周向分布的多个锁定孔；
所述刀柄设置有一个朝向所述基座凸起的定位柱；
当所述基座处于转动状态时，所述定位柱从所述锁定孔中脱出；
当所述基座处于锁定状态时，所述定位柱插接于一个所述锁定孔中，所述定位柱用于限制所述基座在水平面内的转动。
4.如权利要求1所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述刀柄设置有沿周向分布的多个锁定孔；
所述基座设置有一个朝向所述刀柄凸起的定位柱；
当所述基座处于转动状态时，所述定位柱从所述锁定孔中脱出；
当所述基座处于锁定状态时，所述定位柱插接于一个所述锁定孔中，所述定位柱用于限制所述基座在水平面内的转动。
5.如权利要求1所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述基座的底端设置有中心孔；
所述刀柄设置有与所述中心孔位置对应的中心轴；
所述中心轴与所述中心孔之间间隙配合。
6.如权利要求1所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述基座的底端设置有朝向所述刀柄凸出的中心轴；
所述刀柄设置有与所述中心轴位置对应的中心孔；
所述中心轴与所述中心孔之间间隙配合。
7.如权利要求1-6任一项所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述滚珠为金刚石球或陶瓷球。
8.如权利要求1-6任一项所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述介质输送管路螺纹连接于所述基座。
9.如权利要求1-6任一项所述的内冷滚压刀具，其特征在于，多个所述喷孔沿所述滚压头的周向均匀分布。
10.如权利要求1-6任一项所述的内冷滚压刀具，其特征在于，所述喷孔为圆孔。
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