[發(fā)明專利]一種波動(dòng)式切擠孔精強(qiáng)一體化加工方法

有效

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• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN112222445B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張德遠(yuǎn);耿大喜;劉逸航;姜興剛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B35/00
• 分類號(hào): B23B35/00;B23B37/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰;李會(huì)娟

本發(fā)明涉及一種波動(dòng)式切擠孔精強(qiáng)一體化加工方法，包括：按照預(yù)設(shè)的制造強(qiáng)化孔的策略對機(jī)床進(jìn)行配置，機(jī)床按照策略控制刀具一體化制孔；且在制造孔過程中，借助于超聲頻橢圓振動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具的切擠操作，且使刀具的側(cè)刃后刀面產(chǎn)生負(fù)后角區(qū)域以沖擊強(qiáng)化已加工的部分孔的孔表面；制造強(qiáng)化孔的策略包括：用于使刀具主切削刃斷續(xù)切削降低切削力提高加工精度的相位差，用于在制孔過程中使刀具的側(cè)刃后刀面產(chǎn)生負(fù)后角區(qū)域的橢圓振動(dòng)的振幅。本發(fā)明提供的加工方法可兼顧孔的精度、孔表面粗糙度與孔亞表層強(qiáng)化，一道工序可同時(shí)完成孔的切削與強(qiáng)化，使加工的孔滿足工業(yè)要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械加工、制孔及孔強(qiáng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種波動(dòng)式切擠孔精強(qiáng)一體化加工方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前結(jié)構(gòu)連接部位失效造成的飛機(jī)事故占了飛機(jī)事故總量的約70％，其中由應(yīng)力集中導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)部件疲勞破是連接部位失效的主要原因。因此，制孔工藝的質(zhì)量很大程度上決定了飛機(jī)的質(zhì)量。提高緊固孔的質(zhì)量，改善飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能，延長使用壽命，是設(shè)計(jì)和材料研究者的重要研究課題。

當(dāng)前孔強(qiáng)化領(lǐng)域應(yīng)用最廣的開縫襯套冷擠壓強(qiáng)化，這種工藝在待強(qiáng)化孔表面鑲嵌開縫襯套，使用芯棒對孔進(jìn)行冷擠壓，使孔壁表面形成硬化層并引入殘余應(yīng)力。缺點(diǎn)是工序復(fù)雜，最終制得合格的孔需十余道工序，效率低下。此外開縫襯套冷擠壓還存在擠后金屬孔壁會(huì)產(chǎn)生凸脊，極易產(chǎn)生裂紋的問題，因而需要對擠后孔壁進(jìn)行鉸削加工，會(huì)抵消擠壓產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力。其它孔強(qiáng)化工藝中，內(nèi)孔滾壓強(qiáng)化，能獲得較好表面光潔度，且能較大提高加工效率。但它不能在獲得較高殘余壓力的同時(shí)獲得較高的表面光潔度。噴丸強(qiáng)化基本上改變了近表面基板的表面和特征參數(shù)，包括主要是彈性殘余應(yīng)力分布，增加的表面硬度，較高的近表面位錯(cuò)密度和交替的表面形貌。然而噴丸處理造成的表面粗糙度過高，抵消了因殘余應(yīng)力而延長疲勞壽命的貢獻(xiàn)，并降低了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的組裝剛度。激光強(qiáng)化是一種施加壓縮殘余應(yīng)力以改善疲勞和腐蝕性能的綠色方法。但高功率激光器，運(yùn)行成本高，并且生產(chǎn)過程的不穩(wěn)定限制激光沖擊處理的在飛機(jī)組件中的應(yīng)用。

此外，近年來研究表明，孔的表面粗糙度、尺寸精度與幾何精度同樣與機(jī)械連接部件的疲勞壽命呈正相關(guān)關(guān)系，而上述孔強(qiáng)化方式無法提高孔的精度，甚至噴丸強(qiáng)化、激光強(qiáng)化等方式還會(huì)破壞孔表表面完整性，增大孔表面粗糙度，抵消殘余壓應(yīng)力對疲勞壽命的增益。

綜上所述，當(dāng)前孔強(qiáng)化工藝均存在缺陷或發(fā)展限制，且均無法兼顧制孔精度與表面粗糙度，在實(shí)際加工過程中需經(jīng)過切削-強(qiáng)化甚至切削-強(qiáng)化-再切削工序才能使孔符合精度、表面粗糙度與強(qiáng)度要求，嚴(yán)重降低加工效率。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種波動(dòng)式切擠孔精強(qiáng)一體化加工方法，可提高孔的精度、降低孔表面粗糙度并同時(shí)提高孔表面強(qiáng)度，一道工序可同時(shí)完成孔的切削與強(qiáng)化，使加工的孔滿足工業(yè)要求。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種波動(dòng)式切擠孔精強(qiáng)一體化加工方法，包括：按照預(yù)設(shè)的制造強(qiáng)化孔的策略對機(jī)床進(jìn)行配置，機(jī)床按照策略控制刀具一體化制孔；

且在制造孔過程中，借助于超聲頻橢圓振動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具的切擠操作，且使刀具的側(cè)刃后刀面產(chǎn)生負(fù)后角區(qū)域以沖擊強(qiáng)化已加工的部分孔的孔表面；

制造強(qiáng)化孔的策略包括：用于使刀具主切削刃斷續(xù)切削降低切削力提高加工精度的相位差，用于在制孔過程中使刀具的側(cè)刃后刀面產(chǎn)生負(fù)后角區(qū)域的橢圓振動(dòng)的振幅；

根據(jù)刀具的名義后角和刀具半徑對超聲橢圓振動(dòng)設(shè)備設(shè)定橢圓振動(dòng)的振幅以使刀具的側(cè)刃后刀面產(chǎn)生負(fù)后角區(qū)域，用以沖擊強(qiáng)化已加工的孔表面；

其中，所述超聲橢圓振動(dòng)設(shè)備包括：超聲振動(dòng)電源與超聲振動(dòng)刀柄，均設(shè)置在機(jī)床上，所述超聲振動(dòng)電源與所述超聲振動(dòng)刀柄電連接；