一种加工环形槽的超声强化方法及超声加工刀具头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种加工环形槽的超声强化方法及超声加工刀具头，其中超声加工刀具头包括工具座和工具头，工具座内设有容纳变幅杆的空腔，工具头两侧设有支撑轴，工具头通过支撑轴嵌入工具座的前端，当刀具头安装在超声波刀具上时，变幅杆的一端与工具头接触，借助该刀具头通过超声强化方法对环形槽进行超声加工。本发明加工环形槽的超声强化方法相比传统的环形槽强化处理方法，其工艺简单、操作方便，改变了传统加工方法无法达到的加工要求，利用该方法加工后的环形槽具有硬度大、光洁度高、耐磨性和密封性高等优点，尤其针对一些有特殊要求的高加工等级的密封槽，具有明显的加工优势，可替代传统的加工方法。
【专利说明】
一种加工环形槽的超声强化方法及超声加工刀具头
技术领域
[0001]本发明涉及一种加工环形槽的超声强化方法及超声加工刀具头，属于超声加工技术领域。
【背景技术】
[0002]环形槽是指机加工中环状的沟槽，环形槽被广泛应用于机械零件中，例如，活塞密封槽、油缸密封槽、石油机械上用的防喷器端面密封槽、旋转接头上的密封槽等，大多数环形槽主要起密封作用，往往在机加工过程中需要对环形槽进行精加工，以此获得环形槽表面更高的光洁度，降低环形槽的表面粗糙度值，相应提高环形槽装配时的配合精度，最终提高环形槽的密封作用。
[0003]目前，传统加工环形槽的加工方法一般是采用车削的方式，先粗车，再精车。有的对槽的粗糙度要求较高的在精车工序时采用成形车削，利用车刀的负后角将槽表面粗糙度提高，采用此种加工工艺能够达到的粗糙度最好为Ra值0.8左右，但对活塞环槽等环形槽表面粗糙度要求Ra值0.4以下的要求则无法满足，对于一些槽的尺寸比较大的场合，也有采用抛光工艺来提高表面粗糙度的，但由于大部分环形槽的尺寸较小，无法对槽的侧面进行抛光，现有技术中还没有很好的加工工艺方法来提高环形槽表面的低粗糙度值要求。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供一种加工环形槽的超声强化方法，利用该方法可以有效改善环形槽的硬度、光洁度、耐磨性，最终提高环形槽的密封性能。
[0005]本发明还提供一种应用于上述对环形槽进行超声强化加工的刀具头。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]—种加工环形槽的超声强化方法，包括以下步骤，
[0008]将待加工工件装夹在机床上，利用超声波加工刀具对待加工工件上的环形槽进行超声加工，超声加工时刀具头与环形槽表面相贴合，超声加工的参数为:线速度5-120m/min，进给量0.05-0.8mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力50-3000N。
[0009]优选的，超声加工的次数为1-3次。
[0010]优选的，超声加工的振幅为5_25μπι。
[0011 ]进一步优选的，超声加工的振幅为6_8μπι。
[0012]优选的，所述刀具头包括工具座和工具头，工具座内设置有容纳变幅杆的空腔，工具头的两侧对称设置有向外延伸的支撑轴，工具头通过支撑轴嵌入式设置在工具座的前端，当刀具头安装在超声波加工刀具上时，变幅杆的一端与工具头接触，通过工具头对环形槽进行超声加工。
[0013]优选的，所述工具座为可拆卸式工具座，包括连接在一起相同的两部分。
[0014]优选的，所述工具头包括本体和与本体连为一体的凸缘，在本体的两侧设置所述的支撑轴，凸缘的形状与待加工工件上的环形槽相适应。
[0015]优选的，支撑轴与本体之间设置有轴肩。
[0016]优选的，所述凸缘的长为3-8mm，凸缘与水平面的倾斜夹角为5-15°。
[0017]进一步优选的，所述凸缘的长为6mm，凸缘与水平面的倾斜夹角为7-8°。
[0018]优选的，所述超声波加工刀具选用中国专利文献CN105195976A中公开的超声波金属表面加工刀具。
[0019]优选的，所述待加工工件包括活塞密封槽、油缸密封槽、石油机械用防喷器端面密封槽和油缸法兰内孔上的密封槽。
[0020]优选的，利用该超声强化方法对活塞密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度为50-60m/min，进给量为0.15-0.25mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力为500-l200No
[0021]优选的，利用该超声强化方法对油缸密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度50-80m/min，进给量0.15-0.35臟/^，超声波加工刀具对待加工表面的压力300-90(^。
[0022]优选的，利用该超声强化方法对石油机械用防喷器端面密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度20-50m/min，进给量0.15-0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力300-1200Ν。
[0023]优选的，利用该超声强化方法对油缸法兰内孔上的密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度30-60m/min，进给量0.15-0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力 200_600N。
[0024]本发明的有益效果在于:
[0025]1、本发明用于加工环形槽的刀具头结构简单、成本低，在与超声波金属表面加工刀具相配合对环形槽进行超声加工时，能够很好地加工环形槽的槽侧，优化了加工效果，大大提高了对环形槽的加工效率。
[0026]2、本发明对环形槽的超声强化加工方法相比传统的环形槽强化处理方法，其工艺简单、操作方便，改变了传统加工方法无法达到的加工精度，利用该方法加工后的环形槽具有硬度大、光洁度高、耐磨性和密封性高等优点，尤其针对一些有特殊要求的高加工等级的密封槽，具有明显的加工优势，可替代传统的加工方法。
[0027]3、本发明对环形槽的超声强化加工方法，相比传统的强化处理方法，本加工方法无污染，同时对工件结构、尺寸无影响，具有良好的经济价值和社会价值。
【附图说明】
[0028]图1为本发明中超声加工刀具头的结构示意图；
[0029]图2为超声波加工刀具对活塞密封槽进行超声强化加工时的结构示意图；
[0030]图3为图2中刀具头对活塞密封槽超声强化加工部分的放大图；
[0031]图4为本发明中工具头的主视图；
[0032]图5为本发明中工具头的俯视图；
[0033]图6为内孔中矩形槽的局部剖面图；
[0034]图7为外圆面上矩形槽的局部视图；
[0035]图8为端面上梯形槽的局部剖面图；
[0036]图9为端面上矩形槽的局部剖面图；
[0037]图10为外圆面上梯形槽的局部视图；
[0038]其中:1、工具座；2、支撑轴;3、工具头；301、本体;302、凸缘;303、轴肩；4、腰圆孔；
5、支点销;6、工件;7、固定套;8、碟形弹簧;9、碟形弹簧；10、弹力调节杆；11、滑套；12、变幅杆；13、内孔中矩形槽；14、外圆面上矩形槽；15、端面上梯形槽；16、端面上矩形槽；17、外圆面上梯形槽。
【具体实施方式】
[0039]下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0040]实施例1:
[0041]如图1、图4和图5所示，一种加工环形槽的超声加工刀具头，包括工具座1、工具头3，工具座I内设置有容纳变幅杆12的空腔，工具头3的两侧对称设置有向外延伸的支撑轴2，工具头3通过支撑轴2嵌入式设置在工具座I的前端，当刀具头I安装在超声波刀具上时，变幅杆12的一端与工具头3接触，通过工具头3对环形槽进行超声强化加工。
[0042]其中，工具座为可拆卸式工具座，包括连接在一起相同的两部分，安装时，将工具座相同的两部分分开，然后将工具头两侧的支撑轴分别置于在两部分内，再将两部分安装在一起形成刀具头整体。
[0043]工具头包括本体301和与本体连为一体的凸缘302，凸缘的302形状与待加工工件6的活塞环槽相适应，凸缘302的外形为圆形，在本体301的两侧设置所述的支撑轴2。
[0044]凸缘302的长为L= 3mm，凸缘与水平面的倾斜夹角为α = 5°，如图4、图5所示。
[0045]实施例2:
[0046]—种加工环形槽的超声加工刀具头，结构如实施例1所述，其不同之处在于:凸缘302的长为L = 8mm，凸缘与水平面的倾斜夹角为α = 15°。在支撑轴2和本体301之间设置有轴肩 303。
[0047]实施例3:
[0048]—种加工环形槽的超声加工刀具头，结构如实施例1所述，其不同之处在于:凸缘302的长为L = 6mm，凸缘与水平面的倾斜夹角为α = 7°。
[0049]实施例4:
[0050]—种加工环形槽的超声加工刀具头，结构如实施例1所述，其不同之处在于:凸缘302的长为L = 6mm，凸缘与水平面的倾斜夹角为α = 8°。
[0051 ] 实施例5:
[0052]一种利用实施例1所述的超声加工刀具头对活塞密封槽进行超声强化加工的方法，活塞密封槽为矩形槽，包括内孔中的矩形槽(如图1所示)和外圆面上的矩形槽(如图2所示)，其具体的加工步骤如下:
[0053](I)将刀具头安装在超声波金属表面加工刀具上，超声波金属表面加工刀具选用中国专利文献CN105195976A中公开的超声波金属表面加工刀具，使变幅杆的前端与工具头接触；
[0054](2)调节超声波金属表面加工刀具末端的弹力调节杆，从而调节工具头对工件所施加的法向力，以满足加工要求；
[0055](3)将待加工工件装夹在机床上，同时调整超声波金属表面加工刀具的位置，将工具头伸入待加工工件的活塞密封槽内，使工具头的凸缘与密封槽相贴合；
[0056](4)启动超声波金属表面加工刀具，工具头在变幅杆的作用下对活塞密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度30m/min，进给量0.15mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力150N，超声加工的振幅5μπι，超声加工I次。
[0057]实施例6:
[0058]一种如实施例5所述的对活塞密封槽进行超声强化加工的方法，其不同之处在于:步骤(4)中，超声加工的参数为:线速度60m/min，进给量0.25mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力1200N，加工的振幅25μπι，超声加工3次。
[0059]实施例7:
[0060]一种利用实施例1所述的超声加工刀具头对油缸密封槽进行超声强化加工的方法，油缸密封槽包括外圆面上的梯形槽(如图10所示)，对该梯形密封槽进行加工时的步骤如下:
[0061 ] (I)将刀具头安装在超声波金属表面加工刀具上，超声波金属表面加工刀具选用中国专利文献CN105195976A中公开的超声波金属表面加工刀具，使变幅杆的前端与工具头接触；
[0062](2)调节超声波金属表面加工刀具末端的弹力调节杆，从而调节工具头对工件所施加的法向力，以满足加工要求；
[0063](3)将待加工工件装夹在机床上，同时调整超声波金属表面加工刀具的位置，将工具头伸入待加工工件的油缸密封槽内，使工具头的凸缘与密封槽槽侧相贴合；
[0064](4)启动超声波金属表面加工刀具，工具头在变幅杆的作用下对油缸密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度50m/min，进给量0.15mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力300N，加工的振幅5μπι，超声加工3次。
[0065]实施例8:
[0066]—种如实施例7所述的对油缸密封槽进行超声强化加工的方法，其不同之处在于:步骤(4)中，超声加工的参数为:线速度80m/min，进给量0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力900N，加工的振幅25μπι，超声加工2次。
[0067]实施例9:
[0068]—种利用实施例1所述的超声加工刀具头对石油机械用防喷器端面上的密封槽进行超声强化加工的方法，防喷器端面上的密封槽的形状有梯形槽(如图8所示)或矩形槽(如图9所示)，对端面上的梯形密封槽进行加工时的步骤如下:
[0069](I)将刀具头安装在超声波金属表面加工刀具上，超声波金属表面加工刀具选用中国专利文献CN105195976A中公开的超声波金属表面加工刀具，使变幅杆的前端与工具头接触；
[0070](2)调节超声波金属表面加工刀具末端的弹力调节杆，从而调节工具头对工件所施加的法向力，以满足加工要求；
[0071](3)将待加工工件装夹在机床上，同时调整超声波金属表面加工刀具的位置，将工具头伸入待加工工件的端面上的梯形密封槽内，使工具头的凸缘与梯形密封槽槽侧相贴合；
[0072](4)启动超声波金属表面加工刀具，工具头在变幅杆的作用下对防喷器端面上的密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度50m/min，进给量0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力1200N，加工的振幅25μπι，超声加工3次。
[0073]实施例10:
[0074]—种如实施例9所述的对石油机械用防喷器端面上的密封槽进行超声强化加工的方法，其不同之处在于:步骤(4)中，超声加工的参数为:线速度20m/min，进给量0.15mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力300N，加工的振幅5μπι，超声加工I次。
[0075]实施例11:
[0076]—种利用实施例1所述的超声加工刀具头对油缸法兰内孔上的密封槽进行超声强化加工的方法，油缸法兰内孔上的密封槽形状为矩形槽(如图6所示)，对油缸法兰内孔上的矩形密封槽进行加工时的步骤如下:
[0077](I)将刀具头安装在超声波金属表面加工刀具上，超声波金属表面加工刀具选用中国专利文献CN105195976A中公开的超声波金属表面加工刀具，使变幅杆的前端与工具头接触；
[0078](2)调节超声波金属表面加工刀具末端的弹力调节杆，从而调节工具头对工件所施加的法向力，以满足加工要求；
[0079](3)将待加工工件装夹在机床上，同时调整超声波金属表面加工刀具的位置，将工具头伸入待加工工件的内孔上的矩形密封槽内，使工具头的凸缘与矩形密封槽槽侧相贴合；
[0080](4)启动超声波金属表面加工刀具，工具头在变幅杆的作用下对油缸法兰内孔上的密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度60m/min，进给量0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力600N，超声加工的振幅为8μπι，超声加工I次。
[0081]实施例12:
[0082]—种如实施例11所述的对油缸法兰内孔上的密封槽进行超声强化加工的方法，其不同之处在于:步骤(4)中，超声加工的参数为:线速度30m/min，进给量0.15mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力200N，超声加工的振幅为6μπι，超声加工2次。
【主权项】
1.一种加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，包括以下步骤， 将待加工工件装夹在机床上，利用超声波加工刀具对待加工工件上的环形槽进行超声加工，超声加工时刀具头与环形槽表面相贴合，超声加工的参数为:线速度5-120m/min，进给量0.05-0.8mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力50-3000N。2.如权利要求1所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，超声加工的振幅为3-25ym03.如权利要求1所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，所述刀具头包括工具座和工具头，工具座内设置有容纳变幅杆的空腔，工具头的两侧对称设置有向外延伸的支撑轴，工具头通过支撑轴嵌入式设置在工具座的前端，当刀具头安装在超声波加工刀具上时，变幅杆的一端与工具头接触，通过工具头对环形槽进行超声加工。4.如权利要求3所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，所述工具座为可拆卸式工具座，包括连接在一起相同的两部分。5.如权利要求1所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，所述工具头包括本体和与本体连为一体的凸缘，在本体的两侧设置所述的支撑轴，凸缘的形状与待加工工件的环形槽相适应。6.如权利要求5所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，所述凸缘的长为3-8mm，凸缘与水平面的倾斜夹角为5-15°。7.如权利要求1所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，利用该超声强化方法对活塞密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度50-60m/min，进给量0.15-0.25mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力500-1200N。8.如权利要求1所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，利用该超声强化方法对油缸密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度50-80m/min，进给量0.15-0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力300-900N。9.如权利要求1所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，利用该超声强化方法对石油机械用防喷器端面密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度20-50m/min，进给量0.15-0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力300-1200N。10.如权利要求1所述的加工环形槽的超声强化方法，其特征在于，利用该超声强化方法对油缸法兰内孔上的密封槽进行超声加工，超声加工的参数为:线速度30-60m/min，进给量0.15-0.35mm/r，超声波加工刀具对待加工表面的压力200-600N。
【文档编号】B23B27/00GK105834671SQ201610369808
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】赵辉, 赵显华, 王爱福, 柏士增, 刘秀娟, 赵志明
【申请人】山东华云机电科技有限公司