一种滚压刀具及其进行金属板料表面渐进滚压成形的方法与流程

技术特征：

1.一种滚压刀具，其特征在于；包括滚压刀刀柄(1)，滚压刀刀柄(1)内依次设置有弹簧组(2)和滚压刀头，滚压刀刀柄(1)内设置有防止滚压刀头与滚压刀柄(1)的相对转动的导向键(14)，滚压刀头的一端穿过法兰(4)且伸出滚压刀刀柄(1)外，法兰(4)与滚压刀刀柄(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述刀柄(1)由大轴端和小轴端构成的台阶轴，小轴端与机床刀柄配合连接，大轴端内设置有盲孔，弹簧组(2)和滚压刀头均位于盲孔内，大轴端内侧面设置有两个对称分布的矩形通孔，导向键(14)位于矩形通孔内，导向键(14)上设置有螺钉b(13)。

3.根据权利要求1所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述法兰(4)与滚压刀刀柄(1)之间通过螺钉a(11)连接，螺钉a(11)依次穿过弹簧垫圈(12)、法兰(4)和滚压刀刀柄(1)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述弹簧组(2)由一组正反叠加的蝶形弹簧组成。

5.根据权利要求4所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述滚压刀头包括刀杆(3)，刀杆(3)的一端伸出滚压刀刀柄(1)外且穿有芯轴(6)，芯轴(6)的两端均依次连接有平垫圈(9)、轴承(8)和轴用挡圈(7)，每个轴承(8)上均套有球环(10)，球环(10)上安装有孔用挡圈(5)。

6.一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，采用权利要求5所述的一种滚压刀具，其特征在于；包括以下步骤：

步骤1、分析待成形零件，获得该待成形零件局部最大弯曲变性能密度；

步骤2、根据滚压刀具球环(10)的半径、两个球环(10)的中心距离和试板，进行试板试验，使滚压刀具及滚压力能满足成形极限要求；

步骤3、确定待成形零件滚压参数，待成形零件滚压参数包括机床主轴转速n及沿x、y方向的进给速度v_x、v_y，按照待成形零件滚压参数，进行金属板料表面渐进滚压成形。

7.根据权利要求6所述的一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，其特征在于；所述步骤1中获得待成形零件局部最大弯曲变性能密度具体为：

将零件均匀分区，各分区的中心位置作为零件的特征位置，分别提取零件特征位置的局部厚度t_local、最大曲率最小曲率及最小曲率方向，根据公式(1)和公式(2)分别计算各特征位置的最大弯矩值和最小弯矩值

$M_{max}^{local}=D({\mathrm{\ρ}}_{max}^{local}+{\mathrm{v\ρ}}_{\min }^{local}),---\left(1\right)$

$M_{\min }^{local}=D({\mathrm{\ρ}}_{\min }^{local}+{\mathrm{v\ρ}}_{\max }^{local}),---\left(2\right)$

公式(1)和公式(2)中，ν为试板材料的泊松比，D通过公式(3)计算得出，

$D=\frac{{\mathrm{Et}}_{local}^3}{12(1-v^2)}---\left(3\right)$

公式(3)中，ν为试板材料的泊松比，E为试板材料的弹性模量，t_local为零件特征位置的局部厚度，

根据公式(4)计算特征位置的弯曲变性能密度

$W_{\max }^{local}=\frac{1}{2}(M_{\max }^{local}{\mathrm{\ρ}}_{\max }^{local}+M_{\min }^{local}{\mathrm{\ρ}}_{\min }^{local})---\left(4\right)$

根据公式(5)计算局部最大弯曲变性能密度W_max，

$W_{\max }=max\left\{W_{\max }^{local}\right\}.---\left(5\right)$

8.根据权利要求6所述的一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，其特征在于；所述步骤2试板试验具体为：

步骤2.1、确定试板；

试板为长方形平板，长度为L，宽为B，厚度为t；试板平面与xoy平行，试板材料与所要成形零件的材料相同；试板宽度B应大于两个球环(10)的中心距d；

步骤2.2、试验；

在滚压刀具上通过刻度标定滚压力F与压下量Δz；

设定较低的机床主轴转速n及沿x、y方向的进给速度v_x、v_y，调整滚压刀具的压下量Δz，使滚压力F达到滚压刀具额定滚压力的75-85％；机床带动滚压刀具沿长度方向滚压试板一遍；重新装夹新试板，保持滚压力不变，逐步增大主轴转速n及进给速度v_x和v_y，滚压新试板；至少完成三次试板试验；

步骤2.3、测量；

通过弧高仪测量各滚压试板中间位置跨距l范围内的弧高值h；通过显微镜测量滚压痕迹宽度w；

步骤2.4、结果；

根据公式(6)、(7)和(8)分别计算试板变形后的曲率为ρ、试板变形后弯曲弯矩M和试板变形后弯曲变形能密度W；

$\mathrm{\ρ}=\frac{8h}{4h^2+l^2}---\left(6\right)$

公式(6)中，h为通过弧高仪测量各滚压试板中间位置跨距l范围内的弧高值，l为滚压试板中间位置跨距；

$M=\frac{{\mathrm{Et}}^3\mathrm{\ρ}}{12(1-v)}---\left(7\right)$

公式(7)中，E为试板材料的弹性模量，ν为试板材料的泊松比，t为试板厚度，ρ为试板变形后的曲率；

W＝Mρ (8)

公式(8)中，M为试板变形后弯曲弯矩，ρ为试板变形后的曲率；

根据公式(9)计算单位进给长度内的主轴转数p，

$p=n/\sqrt{v_x^2+v_y^2}---\left(9\right)$

公式(9)中，n为机床的转速，v_x和v_y分别为机床进给速度，

滚压刀有两个球环(10)作为滚动体，则单位进给长度内球环(10)滚过的次数即轨迹密度P的计算为公式(10)，

P＝4p (10)

公式(10)中，p为单位进给长度内的主轴转数，

通过公式(11)近似计算获得滚压压痕的覆盖率C，

C＝wP (11)

公式(11)中，P为单位进给长度内球环(10)滚过的次数即轨迹密度，w为滚压痕迹宽度，

将计算得到的试板变形后弯曲变形能密度W及对应的覆盖率C通过公式(12)拟合，得到参数k₁或k₂，即得到了滚压刀具在机床的转速n及进给速度v_x和v_y条件下与板料变形间的基础关系；

$C=\frac{k_{2}W}{k_1+W}---\left(12\right)$

取覆盖率C为0.8，计算对应的试板变形后弯曲变形能密度W，判断W是否能大于局部最大弯曲变形能密度W_max，如果是，则所选滚压刀具及滚压力能满足成形极限要求，否则采用球环(10)尺寸较小或额定滚压力较大的滚压刀具，重复步骤2.2-步骤2.4。

9.根据权利要求8所述的一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，其特征在于；所述步骤3具体为：根据步骤1计算的各特征位置的最大弯矩值和最小弯矩值带入步骤2公式(12)中，再次计算各特征位置的滚压覆盖率C，再根据公式(13)反算满足条件的机床主轴转速n及进给速度v_x和v_y，

$C=wP=4wn/\sqrt{v_x^2+v_y^2}---\left(13\right)$

使各特征位置与理论滚压参数一一对应；沿最小曲率方向对各特征位置分组，在组内将进给距离作为自变量，将滚压参数作为因变量，利用多项式表示二者间的关系，再利用最小二乘拟合方法获得多项式关系中的系数值，从而获得沿进给方向的连续滚压参数，然后利用沿进给方向的连续滚压参数进行金属板料表面渐进滚压成形。