缸筒内孔摩擦搅拌强化装置及其摩擦搅拌强化机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械加工制造技术领域，特别涉及一种对铝合金材质内孔表面进行摩擦搅拌强化加工的缸筒内孔摩擦搅拌强化装置及其摩擦搅拌强化机构。
【背景技术】
[0002]缸筒类零件，如发动机汽缸、液压缸和气缸等，其内孔精度、表面粗糙度和耐磨性要求很高，因此对这类零件的表面强化处理显得十分重要。受限于内孔这样的场合，常用的机械表面强化处理方法(如抛丸、喷丸等工艺)难以得到理想的效果。
[0003]摩擦搅拌强化加工是一种无肩加工工艺，它通过滚压体向工件表面施加一定的压力，使工件表面产生塑性滑移变形，形成螺旋状晶相纤维，从而强化工件表面，提高被加工面的表面硬度和耐磨性。缸筒零件的内孔形状简单，适合用摩擦搅拌技术进行机械表面强化。然而，目前存在的内孔表面强化工具，如内孔滚压器，其具有以下不足:
1、带有滚针的滚压头一端悬装在精密车床、镗床或钻床上，难以与所加工内孔保持同轴；
2、滚针在与内壁摩擦挤压时，其接触面积大，散热条件差，滚针变形难以预测，滚压头滚针对内壁的挤压力无法控制，适应性差；
3、现有的滚压器对工件表面只有一个滚压运动，无搅拌运动，其表面强化效果与摩擦搅拌强化相差甚远，无法满足工件内孔表面强化处理的加工要求。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种缸筒内孔摩擦搅拌强化装置及其摩擦搅拌强化机构，能够对内孔壁实现摩擦挤压和搅拌运动，并能够调节挤压力，提高被加工内孔的表面性能。
[0005]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
本发明首先公开了一种缸筒内孔摩擦搅拌强化机构，包括公转空套轴和用于驱动所述公转空套轴旋转的公转驱动机构，所述公转空套轴的下部设有用于伸入内孔内的摩擦搅拌段，所述摩擦搅拌段上环形均布设有与其轴线垂直的挤压轴孔，所述挤压轴孔内安装有挤压轴；所述公转空套轴内设有中心通孔I，所述中心通孔I内设有用于驱动所述挤压轴沿其轴线自转的自转驱动机构和用于驱动所述挤压轴沿其轴向方向移动的压力调节机构。
[0006]进一步，所述公转驱动机构包括固定套装在所述公转空套轴上的公转从动带轮。
[0007]进一步，所述压紧轴背向所述公转空套轴轴心的一端端面设为球面。
[0008]进一步，所述自转驱动机构包括套装在所述中心通孔I内的自转空套轴，所述自转空套轴的下方设有旋转配合套装在所述中心通孔I内并与自转空套轴同步转动的主动锥齿轮，所述挤压轴上套装设有与其同步转动并与所述主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮；所述自转空套轴上固定套装设有与其同步转动的自传从动带轮。
[0009]进一步，所述自转空套轴和主动锥齿轮上分别设有同轴的中心通孔II和中心通孔III，所述压力调节机构包括套装在所述中心通孔II和中心通孔III内的下压紧空套轴，所述下压紧空套轴内套装设有与其同步轴向移动的压紧轴；所述压紧轴的下端延伸伸出所述下压紧空套轴外并设有外径沿竖直向下的方向逐渐减小的圆锥头I，所述挤压轴面向所述公转空套轴中心的一端设有与所述圆锥头I配合的圆锥头II ;所述挤压轴上套装设有位于所述圆锥头II和所述从动锥齿轮之间的碟簧；所述压紧轴的上端设有用于驱动其轴向移动的压力机构。
[0010]进一步，所述压力机构包括固定架，所述固定架上设有与所述压紧轴同轴的安装孔，所述压紧轴的上端延伸伸出所述下压紧空套轴并伸入所述安装孔内，且所述压紧轴的上端套装设有与其同步轴向移动的上压紧空套轴，所述安装孔内套装设有压紧套杯和用于驱动所述压紧套杯轴向移动的压紧气缸，所述压紧套杯与所述上压紧空套轴之间设有推力轴承。
[0011]进一步，所述压紧套杯上套装设有用于其轴向复位的复位弹簧。
[0012]进一步，所述上压紧空套轴与所述下压紧空套轴之间固定连接，所述压紧轴的顶端设有将所述上压紧空套轴与压紧轴相固定的轴端圆螺母。
[0013]本发明还提出了一种缸筒内孔摩擦搅拌强化装置，包括支撑台和如上所述的缸筒内孔摩擦搅拌强化机构，所述支撑台上设有安装通孔，所述公转空套轴旋转配合安装在所述安装通孔内。
[0014]进一步，所述支撑台固定安装有公转动力电机和自转动力电机，所述公转动力电机的输出轴上设有公转主动带轮，所述公转主动带轮与所述公转从动带轮之间设有公转传动带；所述自传动力电机的输出轴上设有自转主动带轮，所述自传主动带轮与所述自传从动带轮之间设有自转传动带；所述固定架固定安装在所述支撑台上。
[0015]本发明的有益效果在于:
本发明的缸筒内孔摩擦搅拌强化装置，通过在公转空套轴的下部设置摩擦搅拌段，并在摩擦搅拌段上环形均布设置压紧轴，使用时，将摩擦搅拌段伸入待加工的内孔内，利用公转驱动机构驱动公转空套轴旋转，进而带动压紧轴公转，利用自转驱动机构驱动压紧轴绕其轴线自转，并利用压力调节机构调节压紧轴作用在内孔壁上的压力，如此，便能够对内孔壁实现摩擦挤压和搅拌运动相结合的强化处理，以提高被加工内孔的表面性能。
[0016]通过设置支撑台，使用时，将支撑台定位安装固定即可，能够保证压紧轴的轴线与待加工内孔的轴向共轴。
【附图说明】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
图1为本发明缸筒内孔摩擦搅拌强化装置实施例的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的左视图；
图4为图2的A-A尚]视图；
图5为图4的B详图；
图6为图4的C详图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0019]如图1所示，为本发明缸筒内孔摩擦搅拌强化装置实施例的结构示意图。本实施例的缸筒内孔摩擦搅拌强化装置，包括支撑台I和缸筒内孔摩擦搅拌强化机构。本实施例的缸筒内孔摩擦搅拌强化机构，包括公转空套轴2和用于驱动公转空套轴2旋转的公转驱动机构，公转空套轴2的下部设有用于伸入内孔内的摩擦搅拌段，摩擦搅拌段上环形均布设有与其轴线垂直的挤压轴孔3，挤压轴孔3内安装有挤压轴4。公转空套轴2内设有中心通孔I，中心通孔I内设有用于驱动挤压轴4沿其轴线自转的自转驱动机构和用于驱动挤压轴4沿其轴向方向移动的压力调节机构。本实施例的支撑台I上设有安装通孔5，公转空套轴2旋转配合安装在安装通孔5内，本实施例的公转空套轴2通过轴承6旋转配合安装在安装通孔5内。具体的，本实施例的支撑台I的一侧还设有安装法兰7，便于安装固定。优选的，压紧轴4背向公转空套轴2轴心的一端端面设为球面。
[0020]本实施例的缸筒内孔摩擦搅拌强化装置，通过在公转空套轴2的下部设置摩擦搅拌段，并在摩擦搅拌段上环形均布设置压紧轴4，使用时，将摩擦搅拌段伸入待加工的内孔内，利用公转驱动机构驱动公转空套轴2旋转，进而带动压紧轴4公转，利用自转驱动机构驱动压紧轴4绕其轴线自转，并利用压力调节机构调节压紧轴4作用在内孔壁上的压力，如此，便能够对内孔壁实现摩擦挤压和搅拌运动相结合的强化处理，以提高被加工内孔的表面性能。通过设置支撑台1，使用时，将支撑台I定位安装固定即可，能够保证压紧轴4的轴线与待加工内孔的轴向共轴。
[0021]进一步，公转驱动机构包括固定套装在公转空套轴2上的公转从动带轮8，具体的，公转从动带轮8通过公转连