[发明专利]一种波动式切挤孔精强一体化加工方法

说明书

本发明涉及一种波动式切挤孔精强一体化加工方法，包括：按照预设的制造强化孔的策略对机床进行配置，机床按照策略控制刀具一体化制孔；且在制造孔过程中，借助于超声频椭圆振动实现刀具的切挤操作，且使刀具的侧刃后刀面产生负后角区域以冲击强化已加工的部分孔的孔表面；制造强化孔的策略包括：用于使刀具主切削刃断续切削降低切削力提高加工精度的相位差，用于在制孔过程中使刀具的侧刃后刀面产生负后角区域的椭圆振动的振幅。本发明提供的加工方法可兼顾孔的精度、孔表面粗糙度与孔亚表层强化，一道工序可同时完成孔的切削与强化，使加工的孔满足工业要求。

技术领域

本发明属于机械加工、制孔及孔强化领域，尤其涉及一种波动式切挤孔精强一体化加工方法。

背景技术

当前结构连接部位失效造成的飞机事故占了飞机事故总量的约70％，其中由应力集中导致的结构部件疲劳破是连接部位失效的主要原因。因此，制孔工艺的质量很大程度上决定了飞机的质量。提高紧固孔的质量，改善飞机结构的抗疲劳性能，延长使用寿命，是设计和材料研究者的重要研究课题。

当前孔强化领域应用最广的开缝衬套冷挤压强化，这种工艺在待强化孔表面镶嵌开缝衬套，使用芯棒对孔进行冷挤压，使孔壁表面形成硬化层并引入残余应力。缺点是工序复杂，最终制得合格的孔需十余道工序，效率低下。此外开缝衬套冷挤压还存在挤后金属孔壁会产生凸脊，极易产生裂纹的问题，因而需要对挤后孔壁进行铰削加工，会抵消挤压产生的残余压应力。其它孔强化工艺中，内孔滚压强化，能获得较好表面光洁度，且能较大提高加工效率。但它不能在获得较高残余压力的同时获得较高的表面光洁度。喷丸强化基本上改变了近表面基板的表面和特征参数，包括主要是弹性残余应力分布，增加的表面硬度，较高的近表面位错密度和交替的表面形貌。然而喷丸处理造成的表面粗糙度过高，抵消了因残余应力而延长疲劳寿命的贡献，并降低了飞机结构的组装刚度。激光强化是一种施加压缩残余应力以改善疲劳和腐蚀性能的绿色方法。但高功率激光器，运行成本高，并且生产过程的不稳定限制激光冲击处理的在飞机组件中的应用。

此外，近年来研究表明，孔的表面粗糙度、尺寸精度与几何精度同样与机械连接部件的疲劳寿命呈正相关关系，而上述孔强化方式无法提高孔的精度，甚至喷丸强化、激光强化等方式还会破坏孔表表面完整性，增大孔表面粗糙度，抵消残余压应力对疲劳寿命的增益。

综上所述，当前孔强化工艺均存在缺陷或发展限制，且均无法兼顾制孔精度与表面粗糙度，在实际加工过程中需经过切削-强化甚至切削-强化-再切削工序才能使孔符合精度、表面粗糙度与强度要求，严重降低加工效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种波动式切挤孔精强一体化加工方法，可提高孔的精度、降低孔表面粗糙度并同时提高孔表面强度，一道工序可同时完成孔的切削与强化，使加工的孔满足工业要求。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种波动式切挤孔精强一体化加工方法，包括：按照预设的制造强化孔的策略对机床进行配置，机床按照策略控制刀具一体化制孔；

且在制造孔过程中，借助于超声频椭圆振动实现刀具的切挤操作，且使刀具的侧刃后刀面产生负后角区域以冲击强化已加工的部分孔的孔表面；

制造强化孔的策略包括：用于使刀具主切削刃断续切削降低切削力提高加工精度的相位差，用于在制孔过程中使刀具的侧刃后刀面产生负后角区域的椭圆振动的振幅；

根据刀具的名义后角和刀具半径对超声椭圆振动设备设定椭圆振动的振幅以使刀具的侧刃后刀面产生负后角区域，用以冲击强化已加工的孔表面；

其中，所述超声椭圆振动设备包括：超声振动电源与超声振动刀柄，均设置在机床上，所述超声振动电源与所述超声振动刀柄电连接；