[發明專利]一種超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法

有效

• 申請號: 201910360339.5
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110076350B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 張德遠;路正惠;李勛;姜興剛;楊慎亮;張翔宇;耿大喜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;B23B35/00;B23C3/00;B23D75/00;B24B1/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開一種超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，包括：對機床上的切削刀具施加與切削速度方向垂直或含有與切削速度方向垂直的振動分量的橫向超聲振動；設置切削參數和超聲振動參數，使切削過程中出現動態負后角，刀具后刀面對工件表面進行超聲頻沖擊擠壓；設定擠壓重疊率；設定擠壓切削刀具的后刀面磨鈍標準；控制刀具相鄰轉的振動切削軌跡相位差；開啟機床與超聲振動，使切削工件與擠壓強化工件表面通過一道工序完成。本發明公開的超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，無需附加強化工序，在對工件進行切削的同時即可對工件表面進行擠壓強化。

技術領域

本發明涉及機械加工及工件表面強化領域，特別是涉及一種超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法。

背景技術

隨著航空航天、武器、核能、交通等高端設備的發展，對其零件表面性能要求也越來越高。材料的主要失效形式有磨損、腐蝕、疲勞等。在載荷的作用下材料表面會產生疲勞裂紋，其進一步擴展可引發材料疲勞斷裂，導致構件的整體破壞，因此表面抗疲勞制造在零件生產制造中具有重要地位。為提高零部件的可靠性及延長其使用時長，通常使用表面強化技術在不改變基體材料性能的前提下對零件表面組織進行處理。常用的表面強化技術有噴丸、表面滾壓和激光沖擊等。噴丸強化利用高速彈丸強烈撞擊零部件表面，使其產生形變硬化層并引起殘余壓應力；表面滾/擠壓是通過一定形式的滾/擠壓工具向材料表面施加一定數值壓力，使其表面發生局部微小的塑性變形，達到改善表面粗糙度和獲得殘余壓應力的效果；激光沖擊強化技術是利用激光誘導產生的高功率密度應力波，使金屬表面層產生塑性變形，導致位錯密度增加，產生殘余壓應力，從而提高硬度和疲勞壽命等性能的表面強化方法。

然而，以上常用的表面強化方法均存在不足或發展限制。噴丸處理不易精確控制強化區域，且會因丸粒沖擊形成的塑形壓痕使被處理工件表面粗糙度增加；滾/擠壓作用力較大，易影響弱剛性零件加工精度，且加工速度較快時容易造成工件表面劃傷或產生不利的殘余應力，且不易在現有的制造生產線上采用傳統的機加工設備實現。激光沖擊強化雖然能達到較好的效果，但沖擊強化效率普遍較低，加工過程比較耗時，且激光沖擊強化設備非常昂貴，這些都限制了該技術的大規模推廣。它們的共同問題是必須附加強化工序，而對于狹窄結構來說，強化加工抵達性差。

在普通切削加工中，通常可通過調整切削刀具刃口圓弧半徑、切削深度等參數，或通過在刀具刀刃處設置負倒棱實現一定的熨壓強化工件表面的效果；然而這些方法均會帶來很大的切深抗力，與滾/擠壓工藝一樣會影響弱剛性零件加工精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，無需附加強化工序，在對工件進行切削的同時即可對工件表面進行擠壓強化。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種超聲沖壓式切削擠壓一體化加工方法，包括：

對機床上的切削刀具施加與切削速度方向垂直或含有與切削速度方向垂直的振動分量的橫向超聲振動；

設置切削參數和超聲振動參數，使切削過程中出現動態負后角，刀具后刀面對工件表面進行超聲頻沖擊擠壓；

設定擠壓重疊率；

設定擠壓切削刀具的后刀面磨鈍標準；

控制刀具相鄰轉的振動切削軌跡相位差；

開啟機床與超聲振動，使切削工件與擠壓強化工件表面通過一道工序完成。

可選的，所述對機床上的切削刀具施加與切削速度方向垂直或含有與切削速度方向垂直的振動分量的橫向超聲振動，具體包括：

對機床上的切削刀具施加與切削速度方向垂直的徑向或軸向超聲振動；或者對機床上的刀具施加含有與切削速度方向垂直的振動分量的橢圓超聲振動。