专利名称：一种超声振动滚压工具头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属表面超声振动滚压加工用的工具头，属金属表面机械强化技术领域。
背景技术：
随着科学技术的发展，在机械制造、航空航天工业和汽车工业等领域中，对产品的质量要求也越来越高，其中零件表面质量是影响其产品质量和寿命的关键之一。研究表明，表面机械强化技术是改善零件抗疲劳性能的重要途径之一，能降低残余拉应力或引入残余压应力，抑制或延缓疲劳裂纹萌生、降低裂纹扩展速率，提高零件的抗疲劳性能，还可使材料表面产生加工硬化和显微组织变化(如晶粒细化等)，在航空航天、车辆以及舰船等运载机械的零部件制造中得到了广泛应用。传统的表面机械强化技术主要有喷丸、滚压和滚光等，喷丸处理是一种广泛应用的抗疲劳表面强化工艺，由于喷丸所用的丸粒直径较小，撞击动能有限，因而能产生的残余压应力层的深度较浅；此外，喷丸通常会增加零件的表面粗糙度，这对抗疲劳是不利的，且对薄板工件的处理，容易使工件变形，且钢丸打击到工件表面(无论抛丸或喷丸)使金属基材产生变形。由于在滚压体和零件表面的接触处会产生较大的摩擦力，传统的滚压加工会在零件次表面产生剪切应力并对零件表面造成划伤，并且这种损伤会随滚压强度增大而加剧，采用该工艺很难达到深滚的效果。近年来，深滚、低塑性滚光、激光冲击强化以及超声振动滚压等得到了发展并开始在工业领域内应用。超声振动滚压是一种通过工具头的超声振动对金属表面产生动态冲击作用使金属表面产生塑性变形压扁，工具头一般分为压电陶瓷式和磁致伸缩式，如中国专利CN10220406A公开了一种半波长超声表面滚压执行机构和加工方法,该执行机构的壳体内安装有压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器的下端连接有下端具有滚压体的变幅杆，依靠压电陶瓷换能器将超声波发生器送出的高频交流电转换成机械振动，从而实现超声振动滚压。由于在超声振动滚压加工过程中，滚压体与金属表面滚动摩擦，摩擦力过大容易使金属表面被划伤或产生残余剪应力，而且持续的振动滚压会造成压电陶瓷换能器发热，影响压电陶瓷换能器的正常工作，而上述执行机构并不能有效解决滚压体与金属表面的摩擦力问题，而且必须加工一段时间上必须使压电陶瓷换能器冷却上再进行，持续加工时间短。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种超声振动滚压工具头，用以解决现有超声滚压工具头在持续滚压振动过程中，滚压体与金属表面的滚动摩擦力会使金属表面被划伤或产生残余剪应力的问题。本实用新型采用如下技术方案一种超声振动滚压工具头，包括上下同轴固连的连接件和壳体，所述连接件具有与壳体的内腔连通的安装孔，安装孔内设有与变幅杆的上端面顶压配合的压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器通过其内穿设的与变幅杆螺接的预紧螺杆实现与变幅杆顶压配合，所述壳体内同轴设置有上端与连接件下端固连的变幅杆，变幅杆的下端面与壳体的下端内壁之间顶装有伸出壳体下端外壁的滚压体，且变幅杆的下端面上开设有与滚压体外壁吻合配合的容纳槽，所述连接件的上端面上开设有轴线方向延伸的与连接件的安装孔连通的连接通道，所述预紧螺杆的上端面上开设有轴线方向延伸的与变幅杆的和预紧螺杆螺接的螺纹孔连通的预紧通道，预紧通道与连接通道之间密封连接有耐压软管，所述容纳槽的槽底开设有轴线方向延伸的与所述变幅杆的螺纹孔连通的变幅通道。所述连接件为标准刀柄，标准刀柄的刀具安装孔形成连接件的安装孔。所述连接件的安装孔为阶梯孔，所述变幅杆的上端具有与连接件的安装孔内的台阶面顶压配合的环形挡沿。所述容纳槽为缩口朝上的锥形槽。所述变幅通道为阶梯孔，变幅通道的大孔段与容纳槽连通。 所述壳体为缩口朝下的锥形壳体。采用上述结构的超声振动滚压工具头，由于连接件具有连接通道，预紧螺杆具有预紧通道，且预紧通道与连接通道之间密封连接有耐压软管，变幅杆具有与容纳槽连通的变幅通道，通过向连接通道内注入冷却液，冷却液经过耐压软管、预紧通道和变幅通道可以流到容纳槽位置，并最终到达工具头的下端加工位置，在滚压体对工件进行振动滚压过程中，冷却液对工件表面能够起到润滑的作用，从而防止滚动摩擦力划伤工件表面以及产生残余剪应力，同时冷却液在通过预紧通道时，还能对压电陶瓷换能器起到冷却的作用，防止压电陶瓷换能器过热。
图I为本实用新型的实施例结构示意图；图2为本实用新型的安装示意图。
具体实施方式
本实用新型的超声振动滚压工具头的实施例如图I、图2所示，工具头的连接件I与壳体6上下同轴固连，连接件I为标准刀柄，标准刀柄可采用标准莫氏刀柄(如莫氏3号、4号刀柄等)、数控刀柄(如BT30、BT40、BT50刀柄等)或其他标准刀柄，这样可以方便的将工具头安装到普通机床或数控机床主轴9的安装孔内，连接件I的刀具安装孔为阶梯孔。所述壳体6为缩口朝下的锥形壳体，连接件I的刀具安装孔与壳体6的内腔连通，壳体6内安装有与壳体6同轴设置的变幅杆7，变幅杆7的上端具有环形挡沿，环形挡沿与连接件I的刀具安装孔内的台阶面顶压配合并通过螺钉与连接件I固连。变幅杆7的上端面上由下往上依次安装有压电陶瓷换能器5和压板4，压电陶瓷换能器5和压板4均位于连接件I的刀具安装孔内，而压电陶瓷换能器5可根据功率需要设置至少一对，压板4和压电陶瓷换能器5之间穿设有与变幅杆7螺接的预紧螺杆3，预紧螺杆3与压板4固连，通过预紧螺杆3将压电陶瓷换能器5压装在变幅杆7的上端面上，这样使压电陶瓷换能器5具有一定的预紧力；变幅杆7的下端面与壳体6的下端内壁之间顶装有伸出壳体6下端外壁的滚压体8，滚压体8为球体。工作时，连接件I插装在机床主轴9的安装孔内，超声波发生器10通过导线与压电陶瓷换能器5连接，超声波发生器10将高频的交流电通过导线输送到压电陶瓷换能器5上，使压电陶瓷换能器5产生的振动，并将振动通过变幅杆7传递给滚压体8，为了保证滚压体8在震动过程中的稳定，变幅杆7的下端面上开设有与滚压体8的外壁吻合配合的容纳槽，容纳槽为缩口朝上的锥形槽。所述连接件I的上端面上开设有轴线方向延伸的与连接件I的刀具安装孔连通的连接通道，预紧螺杆3的上端面上开设有轴线方向延伸的与变幅杆7的螺纹孔连通的预紧通道，预紧通道与连接通道之间密封连接有耐压软管2，耐压软管2的上端插装在连接通道内、下端套装在预紧螺杆3上，变幅杆7的容纳槽槽底开设有轴线方向延伸的与变幅杆7的螺纹孔连通的变幅通道，变幅通道为阶梯孔，变幅通道的大孔段与容纳槽连通，这样连接通道、预紧通道和变幅通道轴向连通。在工具头工作过程中，向连接通道内注入冷却液，这样冷却液由连接通道经耐压软管2、预紧通道和变幅通道流到容纳槽内，并最终流到工具头的下端加工位置，从而实现超声振动滚压加工的润滑，同时在冷却液经过预紧通道时，对压电陶瓷换能器5还能起到冷却的作用。 上述实施例中，连接件I为标准刀柄，这样可以方便的安装到机床主轴9上，而标准刀柄的刀具安装孔为连接件I的安装孔，在其它实施例中，也可以选择现有技术中的连接件。在其它实施例中，壳体也可以采用现有技术中的壳体结构，变幅杆也可以采用现有技术中的变幅杆结构，而且变幅杆的固定安装也可以采用现有技术。
权利要求1.一种超声振动滚压工具头，包括上下同轴固连的连接件和壳体，所述连接件具有与壳体的内腔连通的安装孔，安装孔内设有与变幅杆的上端面顶压配合的压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器通过其内穿设的与变幅杆螺接的预紧螺杆实现与变幅杆顶压配合，所述壳体内同轴设置有上端与连接件下端固连的变幅杆，变幅杆的下端面与壳体的下端内壁之间顶装有伸出壳体下端外壁的滚压体，且变幅杆的下端面上开设有与滚压体外壁吻合配合的容纳槽，其特征在于所述连接件的上端面上开设有轴线方向延伸的与连接件的安装孔连通的连接通道，所述预紧螺杆的上端面上开设有轴线方向延伸的与变幅杆的和预紧螺杆螺接的螺纹孔连通的预紧通道，预紧通道与连接通道之间密封连接有耐压软管，所述容纳槽的槽底开设有轴线方向延伸的与所述变幅杆的螺纹孔连通的变幅通道。
2.根据权利要求I所述的超声振动滚压工具头，其特征在于所述连接件为标准刀柄，标准刀柄的刀具安装孔形成连接件的安装孔。
3.根据权利要求2所述的超声振动滚压工具头，其特征在于所述连接件的安装孔为阶梯孔，所述变幅杆的上端具有与连接件的安装孔内的台阶面顶压配合的环形挡沿。
4.根据权利要求I所述的超声振动滚压工具头，其特征在于所述容纳槽为缩口朝上的锥形槽。
5.根据权利要求I所述的超声振动滚压工具头，其特征在于所述变幅通道为阶梯孔，变 幅通道的大孔段与容纳槽连通。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的超声振动滚压工具头，其特征在于所述壳体为缩口朝下的锥形壳体。
专利摘要本实用新型公开了一种超声振动滚压工具头，包括上下同轴固连的连接件和壳体，连接件的安装孔内设有压电陶瓷换能器，壳体内同轴设置有变幅杆，变幅杆的下端面与壳体的下端内壁之间顶装有滚压体，连接件的上端面上开设有与连接件的安装孔连通的连接通道，预紧螺杆的上端面上开设有与变幅杆的和预紧螺杆螺接的螺纹孔连通的预紧通道，预紧通道与连接通道之间密封连接有耐压软管，容纳槽的槽底开设有与变幅杆的螺纹孔连通的变幅通道。通过向连接通道内注入冷却液，对工件表面能够起到润滑的作用，从而防止滚动摩擦力划伤工件表面以及产生残余剪应力，同时冷却液在通过预紧通道时，还能对压电陶瓷换能器起到冷却的作用，防止压电陶瓷换能器过热。
文档编号C21D7/04GK202519300SQ20122001569
公开日2012年11月7日 申请日期2012年1月14日 优先权日2012年1月14日
发明者尹宇鹤, 杨建军, 郭亚杰, 陈茂松, 黄兆年 申请人:河南科技大学