[发明专利]一种超声冲压式切削挤压一体化加工方法

说明书

本发明公开一种超声冲压式切削挤压一体化加工方法，包括：对机床上的切削刀具施加与切削速度方向垂直或含有与切削速度方向垂直的振动分量的横向超声振动；设置切削参数和超声振动参数，使切削过程中出现动态负后角，刀具后刀面对工件表面进行超声频冲击挤压；设定挤压重叠率；设定挤压切削刀具的后刀面磨钝标准；控制刀具相邻转的振动切削轨迹相位差；开启机床与超声振动，使切削工件与挤压强化工件表面通过一道工序完成。本发明公开的超声冲压式切削挤压一体化加工方法，无需附加强化工序，在对工件进行切削的同时即可对工件表面进行挤压强化。

技术领域

本发明涉及机械加工及工件表面强化领域，特别是涉及一种超声冲压式切削挤压一体化加工方法。

背景技术

随着航空航天、武器、核能、交通等高端设备的发展，对其零件表面性能要求也越来越高。材料的主要失效形式有磨损、腐蚀、疲劳等。在载荷的作用下材料表面会产生疲劳裂纹，其进一步扩展可引发材料疲劳断裂，导致构件的整体破坏，因此表面抗疲劳制造在零件生产制造中具有重要地位。为提高零部件的可靠性及延长其使用时长，通常使用表面强化技术在不改变基体材料性能的前提下对零件表面组织进行处理。常用的表面强化技术有喷丸、表面滚压和激光冲击等。喷丸强化利用高速弹丸强烈撞击零部件表面，使其产生形变硬化层并引起残余压应力；表面滚/挤压是通过一定形式的滚/挤压工具向材料表面施加一定数值压力，使其表面发生局部微小的塑性变形，达到改善表面粗糙度和获得残余压应力的效果；激光冲击强化技术是利用激光诱导产生的高功率密度应力波，使金属表面层产生塑性变形，导致位错密度增加，产生残余压应力，从而提高硬度和疲劳寿命等性能的表面强化方法。

然而，以上常用的表面强化方法均存在不足或发展限制。喷丸处理不易精确控制强化区域，且会因丸粒冲击形成的塑形压痕使被处理工件表面粗糙度增加；滚/挤压作用力较大，易影响弱刚性零件加工精度，且加工速度较快时容易造成工件表面划伤或产生不利的残余应力，且不易在现有的制造生产线上采用传统的机加工设备实现。激光冲击强化虽然能达到较好的效果，但冲击强化效率普遍较低，加工过程比较耗时，且激光冲击强化设备非常昂贵，这些都限制了该技术的大规模推广。它们的共同问题是必须附加强化工序，而对于狭窄结构来说，强化加工抵达性差。

在普通切削加工中，通常可通过调整切削刀具刃口圆弧半径、切削深度等参数，或通过在刀具刀刃处设置负倒棱实现一定的熨压强化工件表面的效果；然而这些方法均会带来很大的切深抗力，与滚/挤压工艺一样会影响弱刚性零件加工精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声冲压式切削挤压一体化加工方法，无需附加强化工序，在对工件进行切削的同时即可对工件表面进行挤压强化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超声冲压式切削挤压一体化加工方法，包括：

对机床上的切削刀具施加与切削速度方向垂直或含有与切削速度方向垂直的振动分量的横向超声振动；

设置切削参数和超声振动参数，使切削过程中出现动态负后角，刀具后刀面对工件表面进行超声频冲击挤压；

设定挤压重叠率；

设定挤压切削刀具的后刀面磨钝标准；

控制刀具相邻转的振动切削轨迹相位差；

开启机床与超声振动，使切削工件与挤压强化工件表面通过一道工序完成。

可选的，所述对机床上的切削刀具施加与切削速度方向垂直或含有与切削速度方向垂直的振动分量的横向超声振动，具体包括：

对机床上的切削刀具施加与切削速度方向垂直的径向或轴向超声振动；或者对机床上的刀具施加含有与切削速度方向垂直的振动分量的椭圆超声振动。