CN214444306U - 一种基于超声振动滚压加工表面织构的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超声振动滚压加工表面织构的装置，包括：超声振动产生装置和滚压装置，超声振动产生装置包括超声波发生器、换能器、变幅杆、机床托架等，用于产生超声振动并传递给滚压装置。滚压装置包括工具头卡盘、轴承、端盖、套筒、工具头和圆柱键等。本发明提供的超声振动滚压加工表面织构的装置中，通过工具头的结构可以对工件进行表面微织构加工的同时，对工件外表面进行滚压强化。提高了工件表面质量，无需二次加工。

Description

一种基于超声振动滚压加工表面织构的装置

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种工具头带微阵列凸起结构的超声振动滚压装置。

背景技术

作为近几十年兴起的表面织构技术，主要作用是摩擦副表面产生的微凹坑能储存润滑油并提供给周围区域，实现“二次润滑”同时能产生流体动压效应来分离接触表面，减小接触面间的摩擦，并且微凹坑还能储存磨屑和磨粒，以减轻磨粒磨损，从而延长密封件使用寿命。目前，关于表面织构的加工方法，存在工艺复杂、设备昂贵、加工效率低、对作业环境要求苛刻等方面问题。如何实现表面织构大批量、低成本的加工已经成为国内外研究的热点。常利用超声振动加工微织构的方法主要包括超声振动辅助切削、超声振动磨削、超声振动铣削等，对于以上的加工方法均是通过去除材料的方法来实现表面织构的加工。对于工件表面存在一定的破坏，有些加工方法会在工件表面产生凸起，极大的影响了工件的表面平整性。需要二次打磨才能提高表面精度。

超声振动冲击的产生原理是装置是由超声波发生器、换能器、变幅杆、工具头等组成。超声波发生器将交流电转换成高频电振动信号，在换能器的作用下转为同频的机械振动，通过变幅杆带动工具头进行高频多冲击运动，工件表面由于多次冲击产生塑性变形，且在多次冲击下其变形量将达到稳定。超声振动产生装置是由超声波发生器、换能器、变幅杆、工具头等组成。超声波发生器将交流电转换成高频电振动信号，在换能器的作用下转为同频的机械振动，通过变幅杆带动工具头进行高频多冲击运动，工件表面由于多次冲击产生塑性变形，且在多次冲击下其变形量将达到稳定。超声滚压加工技术是一种将超声振动冲击与静载滚压相结合的表面强化技术，在滚压力与超声冲击的结合下工件表层产生塑性流动，粗糙度降低，工件表层残余应力分布得到改善，从而使工件的表面性能得到改善，其抗腐蚀和耐磨性明显增强。

因此，综合考虑以往的超声振动加工表面织构存在的问题和超声滚压的特点，如何提出一种既能加工表面织构，又能对工件表面进行强化的装置具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题，提出了一种带微阵列凸起结构的工具头的超声振动滚压装置。该装置中工具头卡盘与滚压工具头通过圆柱键和端盖连接，实现超声振幅与频率的高效传递，采用上述设计，针对不同表面织构的形状和大小可设计不同型号的工具头，更换方便。

具体技术方案如下：

一种基于超声振动滚压加工表面织构的装置，具有这样的特征，包括超声波发生器、换能器、变幅杆、机床托架、工具头卡盘、工具头、力传感器、力显示器等组件。

当对工件进行超声振动时，超声波发生器产生超声信号，换能器接受到信号后，将超声信号转换为机械振动：变幅杆一端与换能器依靠螺纹连接，将传递中的超声振动信号放大，并在变幅杆上超声波振动波节处设置法兰盘进行固定；变幅杆另一端通过螺纹与工具头卡盘连接，高效稳定的传输变幅杆产生的振幅与频率，对工件进行表面织构的超声振动滚压加工。

进一步地，机床托架可以安装在任何常规车床或数控机床中心的鞍座上。通过鞍座径向进给施加静压力，并通过力控制单元(力传感器、力显示器)的精确控制来保持稳定。

进一步地，工具头采用圆柱式均匀凸起的设计，通过激光加工出沿圆柱外表面均匀分布的微凸起结构，该结构和我们所需织构相互配合，凸起结构由于超声振动对工件表面产生往复多次的冲击，工件表面受力产生变形，形成表面微织构。当一个微织构加工完成后，工件平移带动工具头旋转，继续下一位置的织构加工，且在工件旋转的过程中，由于其凸起与织构相互配合，在旋转的过程中，工具头凹陷部分与工件外表面接触，对表面形成滚压强化。

上述发明的有益效果是：

(1)本发明在进行超声振动滚压加工时，由于工具头卡盘与变幅杆用螺纹连接，工具头卡盘与工具头用圆柱键连接，传输高效稳定，可以对工件施加超声冲击，在工件表面形成织构。

(2)本发明所述工具头采用均匀凸起结构的设计，在加工织构的同时还能对工件表面进行滚压强化。针对不同的织构只需更换不同的工具头即可，经济实用，且便于整机的维护保养，当工具头出现损坏时，可方便快捷的对其进行维修、更换。

附图说明

图1为本发明的实施例中提供的超声振动产生装置结构示意图，图中：1、变幅杆；2、壳体；3、换能器；4、弹簧；5、力显示器；6、端盖；7、力传感器；8、超声波发生器； 9、机床托架；10、法兰盘；11、螺栓。

图2为本发明的实施例中提供的利用超声振动对工件进行表面织构滚压加工的工具头及其外壳等的结构示意图，图中：12、工具头卡盘；13、端盖；14、轴承；15、套筒； 16、工具头；17、圆柱键。

图3为本发明的实施例中提供的工具头卡盘结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1所示，本发明的实施例中提供的超声振动滚压表面织构的装置，包括变幅杆1、变幅杆1的上端部设有螺纹，与工具头卡盘相互连接。超声波变幅杆在做纵向伸缩振动时，其中间的某横截面左右两边的质点运动方向刚好相反，相当于存在一个相对静止的节面。这个节面叫做节点，变幅杆1的节点处与壳体2采用法兰盘10和螺钉11进行固定。变幅杆1和换能器3采用螺纹连接，换能器3将超声波发生器8产生的超声信号转换为机械振动，然后通过变幅杆1将振动放大并传递给工具头16。弹簧4一端与换能器相连，另一端与力传感器7相连，用于传递静载压力。机床托架9固定在机床上用于施加静载压力，力传感器7又与力显示器5相连，能更好的控制静载压力的大小。

如图2所示，工具头卡盘12上端设有螺纹孔，用于与变幅杆进行连接，并将超声振动传递到工具头上。其左右两侧均开有大圆柱孔和螺纹孔，大圆柱孔用于轴承14和端盖 13的的支撑和固定，螺纹孔用于端盖13与工具头卡盘12的连接。工具头16外表面设有均匀分布的凸起，用于对工件进行表面织构的振动滚压加工，其内孔开有圆柱键槽，用于连接圆柱键17，保证了工具头16与圆柱键17同轴滚动。套筒15一端与工具头16相连，另一端与轴承14相连，用于对工具头16左右进行定位，防止其左右滑动。轴承14一端与套筒 15相连，一端与端盖13相连，用于工具头的滚动。端盖13与工具头卡盘12通过螺栓连接，实现端面的密封。其中圆柱键17穿过工具头16、套筒15、轴承14的内环。

综上所述，以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于超声振动滚压加工表面织构的装置，其特征包括：

超声振动产生装置和滚压装置两个部分；

其中超声振动产生装置包括超声波发生器(8)、换能器(3)、变幅杆(1)和机床托架(9)、力传感器(7)、力显示器(5)、弹簧(4)、壳体(2)、端盖(6)、法兰盘(10)、螺栓(11)；其中机床托架(9)与机床连接，弹簧(4)一端与换能器(3)相连，另一端与力传感器(7)相连；所述滚压装置包括具有均匀分布凸起结构的工具头(16)、圆柱键(17)、轴承(14)、套筒(15)、工具头卡盘(12)、端盖(13)；所述工具头卡盘(12)两侧均开有圆孔；所述圆柱键(17)沿轴向穿过套筒(15)、轴承(14)；所述工具头(16)内壁上设有用于与圆柱键(17)连接的键槽；工具头(16)硬度远远大于被加工件的硬度；当整个装置工作时，由超声振动产生装置的超声振动经工具头卡盘(12)传递给工具头(16)，而工具头(16)前端设有分布的凸起，这些凸起作用在工件表面，实现了对工件表面微织构的加工，且由于工具头(16)两端分布有轴承(14)，使得工具头(16)可绕轴心旋转，在工件表面进行超声滚压，对表面完成强化。

2.根据权利要求1所述的基于超声振动滚压加工表面织构的装置，其特征在于，工具头(16)上预制有设计均匀分布的微阵列凸起结构，且两端分布有轴承(14)。

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