一種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法及刀具頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法及刀具頭，將待加工活塞裝夾在機(jī)床上，利用超聲波加工刀具對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工，通過該超聲強(qiáng)化加工方法可有效提高活塞環(huán)槽的硬度、光潔度、耐磨性和密封性，相比傳統(tǒng)的加工方法而言，該超聲強(qiáng)化加工方法無需改變活塞環(huán)槽的表面尺寸和形狀，其加工工藝簡(jiǎn)單、操作方便且加工過程無污染，結(jié)合本發(fā)明的刀具頭可以大大提高加工的效率，使加工后活塞環(huán)槽具有硬度大、光潔度高、耐磨性和密封性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法及刀具頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法及刀具頭，屬于超聲加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]活塞是內(nèi)燃機(jī)上最關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)件，它在高溫高壓下承受反復(fù)交變載荷的作用，被稱為內(nèi)燃機(jī)的心臟。其中，活塞上安裝的活塞環(huán)在高溫、高壓、高速條件下?lián)?fù)著密封、傳熱的作用。活塞環(huán)與活塞環(huán)槽緊密貼合，密封效果好，燃燒室內(nèi)油氣混合均勻，燃燒充分，儲(chǔ)存的化學(xué)能能充分地轉(zhuǎn)化為熱能，排出的廢氣對(duì)環(huán)境的影響小。由于活塞環(huán)槽與活塞環(huán)之間是邊界潤(rùn)滑，且潤(rùn)滑狀況較差，尤其是第一道環(huán)槽潤(rùn)滑條件最差，接觸應(yīng)力和沖擊力較大，將導(dǎo)致環(huán)槽出現(xiàn)磨損，并引發(fā)氣缸漏氣，油耗率增大，功率降低以及壓縮不足，甚至發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作?；钊h(huán)槽的耐磨性是評(píng)定內(nèi)燃機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命有著重要影響。
[0003]隨著發(fā)動(dòng)機(jī)向著高功率密度發(fā)展，出于減重的需要，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞大多采用質(zhì)量較輕的鋁合金，但鋁合金由于熔點(diǎn)低，強(qiáng)度低，耐磨性不好等缺點(diǎn)成為鋁活塞在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)使用上的障礙，因此，如何提高活塞環(huán)槽表面硬度、耐磨性和密封性，提高活塞制造工藝成品率是當(dāng)前急需解決的技術(shù)難題。
[0004]目前，國內(nèi)外正在使用的活塞環(huán)槽表面強(qiáng)化處理方法有以下幾種:
[0005]第一種，化學(xué)熱處理，以活塞頭氮化、軟氮化居多，例如，中國專利文獻(xiàn)CN101210318A公開的一種活塞環(huán)表面涂覆氮化硅膜層的方法，通過該方法可在活塞環(huán)的上表面和側(cè)面形成氮化硅膜層，使活塞環(huán)的表面硬度達(dá)到900-1400HV，提高了耐磨性。
[0006]第二種，活塞環(huán)槽表面感應(yīng)淬火或激光淬火，例如，中國專利文獻(xiàn)CN1844414A公開的一種活塞環(huán)槽高頻淬火工藝，該方法主要彌補(bǔ)了高頻設(shè)備功率的不足，解決了淬火退火問題，使淬硬層分布更均勻，使其耐磨性更好。
[0007]第三種，環(huán)槽表面鍍鉻、鎳鐵鑲環(huán)工藝，例如中國發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?01310021922.6)公開了一種帶有硬軟復(fù)合涂層與織構(gòu)化表面的耐磨活塞環(huán)及制備方法，通過在活塞環(huán)的外圓面沉積硬質(zhì)涂層如鍍鉻層或滲碳/氮層或鎳基度層，該涂層可以作為硬支撐層，提高活塞環(huán)外圓面的耐磨性。
[0008]但是，目前這些方法或多或少地存在一些缺點(diǎn):
[0009]1、改變了活塞環(huán)或活塞環(huán)槽的表面結(jié)構(gòu)，在活塞環(huán)或活塞環(huán)槽的表面涂層相應(yīng)地改變了其結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)后續(xù)活塞環(huán)與活塞環(huán)槽之間的配合造成影響，進(jìn)而影響活塞環(huán)槽的密封性；
[0010]2、現(xiàn)有技術(shù)的強(qiáng)化成本高，工藝復(fù)雜，尤其是采用一些化學(xué)工藝方法進(jìn)行強(qiáng)化處理時(shí)，往往還會(huì)帶來環(huán)境污染。
[0011]3、采用涂層處理的強(qiáng)化方法，雖然在一定程度上提高了活塞的耐磨性，但是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作之后，易出現(xiàn)開裂和剝落，使用壽命有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，該方法可以在不采用涂層或化學(xué)處理的前提下，通過超聲波加工可提高活塞環(huán)槽的硬度、光潔度、耐磨性和密封性。
[0013]本發(fā)明還提供一種用于對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的刀具頭。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0015]—種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，包括以下步驟，
[0016]將活塞裝夾在機(jī)床上，利用超聲波加工刀具對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲加工，超聲加工時(shí)刀具頭與活塞環(huán)槽表面相貼合，超聲加工的參數(shù)為:線速度為5_120m/min，進(jìn)給量為
0.05-0.8mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為50-3000N。
[0017]優(yōu)選的，超聲加工的參數(shù)為:線速度為50-60m/min，進(jìn)給量為0.15-0.25mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為500-1200N。
[0018]優(yōu)選的，超聲加工的次數(shù)為1-3次。
[0019]優(yōu)選的，超聲加工的振幅為3_25μπι。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選的，超聲加工的振幅為6_8μπι。
[0021 ]優(yōu)選的，所述刀具頭包括工具座和工具頭，工具座內(nèi)設(shè)置有容納變幅桿的空腔，工具頭的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有向外延伸的支撐軸，工具頭通過支撐軸嵌入式設(shè)置在工具座的前端，當(dāng)?shù)毒哳^安裝在超聲波刀具上時(shí)，變幅桿的一端與工具頭接觸，通過工具頭對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲波加工。
[0022]優(yōu)選的，所述工具座為可拆卸式工具座，包括連接在一起相同的兩部分。
[0023]優(yōu)選的，所述工具頭包括本體和與本體連為一體的凸緣，在本體的兩側(cè)設(shè)置所述的支撐軸，凸緣的形狀與待加工工件的活塞環(huán)槽相適應(yīng)。
[0024]優(yōu)選的，支撐軸與本體之間設(shè)置有軸肩。
[0025]優(yōu)選的，所述凸緣的長(zhǎng)為3-8mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為5-15°。
[0026]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述凸緣的長(zhǎng)為6mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為7-8°。
[0027]優(yōu)選的，所述超聲波加工刀具選用中國專利文獻(xiàn)CN105195976A中公開的超聲波金屬表面加工刀具。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于:
[0029]1、本發(fā)明超聲強(qiáng)化的加工方法相比傳統(tǒng)的活塞環(huán)槽的強(qiáng)化處理方法，工藝簡(jiǎn)單、操作方便，利用該方法加工后活塞環(huán)槽具有硬度大、光潔度高、耐磨性和密封性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0030]2、本發(fā)明超聲強(qiáng)化的加工方法利用超聲波能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對(duì)活塞桿槽進(jìn)行加工，相比傳統(tǒng)的強(qiáng)化處理方法，本方法無污染，同時(shí)對(duì)工件結(jié)構(gòu)、尺寸無影響，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
[0031]3、本發(fā)明設(shè)計(jì)的對(duì)活塞環(huán)槽超聲強(qiáng)化加工的刀具頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，在與超聲波金屬表面加工刀具相配合對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲加工時(shí)，大大提高了活塞環(huán)槽的加工效率。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明中刀具頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為超聲波刀具對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為圖2中刀具頭對(duì)活塞環(huán)槽超聲強(qiáng)化加工部分的放大圖；
[0035]圖4為本發(fā)明中工具頭的主視圖；
[0036]圖5為本發(fā)明中工具頭的俯視圖；
[0037]其中:1、工具座；2、支撐軸;3、工具頭；301、本體;302、凸緣;303、軸肩；4、腰圓孔；
5、支點(diǎn)銷;6、工件;7、固定套;8、碟形彈簧;9、碟形彈簧；10、彈力調(diào)節(jié)桿；11、滑套；12、變幅桿。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0039]實(shí)施例1:
[0040]如圖1、圖3-圖5所示，一種用于對(duì)活塞環(huán)槽超聲強(qiáng)化加工的刀具頭，包括工具座1、工具頭3，工具座I內(nèi)設(shè)置有容納變幅桿12的空腔，工具頭3的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有向外延伸的支撐軸2，工具頭3通過支撐軸2嵌入式設(shè)置在工具座I的前端，當(dāng)?shù)毒哳^I安裝在超聲波刀具上時(shí)，變幅桿12的一端與工具頭3接觸，通過工具頭3對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工。
[0041 ]其中，工具座為可拆卸式工具座，包括連接在一起相同的兩部分，安裝時(shí)，將工具座相同的兩部分分開，然后將工具頭兩側(cè)的支撐軸分別置于在兩部分內(nèi)，再將兩部分安裝在一起形成刀具頭整體。
[0042]工具頭包括本體301和與本體連為一體的凸緣302，凸緣的302形狀與待加工工件6的活塞環(huán)槽相適應(yīng)，凸緣302的外形為圓形，在本體301的兩側(cè)設(shè)置所述的支撐軸2。
[0043]凸緣302的長(zhǎng)為L(zhǎng)= 3mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 5°，如圖4、圖5所示。
[0044]實(shí)施例2:
[0045]—種用于對(duì)活塞環(huán)槽超聲強(qiáng)化加工的刀具頭，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，其不同之處在于:凸緣302的長(zhǎng)為L(zhǎng) = 8mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 15°。在支撐軸2和本體301之間設(shè)置有軸肩303。
[0046]實(shí)施例3:
[0047]—種用于對(duì)活塞環(huán)槽超聲強(qiáng)化加工的刀具頭，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，其不同之處在于:凸緣302的長(zhǎng)為L(zhǎng) = 6mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 7°。
[0048]實(shí)施例4:
[0049]—種用于對(duì)活塞環(huán)槽超聲強(qiáng)化加工的刀具頭，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，其不同之處在于:凸緣302的長(zhǎng)為L(zhǎng) = 6mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 8°。
[0050]實(shí)施例5:
[0051]—種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，利用本實(shí)施例1所述的刀具頭，具體步驟如下，
[0052](I)將刀具頭安裝在中國專利文獻(xiàn)CN105195976A公開的超聲波金屬表面加工刀具上，使變幅桿12的前端與工具頭3接觸；
[0053](2)調(diào)節(jié)超聲波加工刀具末端的彈力調(diào)節(jié)桿10，從而調(diào)節(jié)工具頭3在軸向上和徑向上對(duì)工件所施加的不同法向力，以滿足加工要求；
[0054](3)將待加工工件(活塞)6裝夾在機(jī)床上，同時(shí)調(diào)整超聲波金屬表面加工刀具的位置，將工具頭伸入待加工工件的活塞環(huán)槽內(nèi)，使工具頭的凸緣302與活塞環(huán)槽的側(cè)壁點(diǎn)接觸；
[0055](4)啟動(dòng)超聲波金屬表面加工刀具，工具頭3在變幅桿12的作用下對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲加工，加工過程中，隨著刀架的進(jìn)給，工具頭3從外到里逐漸對(duì)活塞環(huán)槽側(cè)壁超聲加工，當(dāng)工具頭達(dá)到活塞環(huán)槽槽底時(shí)，工具頭即可對(duì)活塞環(huán)槽的槽底進(jìn)行超聲加工。本實(shí)施例中超聲加工的參數(shù)為:線速度為5m/min，進(jìn)給量為0.05mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為50N，超聲加工的次數(shù)為I次，超聲加工的振幅為3μπι。
[0056]實(shí)施例6:
[0057]一種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，加工步驟如實(shí)施例5所述，其不同之處在于:步驟(4)中，超聲加工的參數(shù)為:線速度為120m/min，進(jìn)給量為0.8mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為3000N，超聲加工的次數(shù)為3次，超聲加工的振幅為25μπι。
[0058]實(shí)施例7:
[0059]—種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，加工步驟如實(shí)施例5所述，其不同之處在于:步驟(4)中，超聲加工的參數(shù)為:線速度為50m/min，進(jìn)給量為0.15mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為500N，超聲加工的次數(shù)為3次，超聲加工的振幅為6μπι。
[0060]實(shí)施例8:
[0061]—種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，加工步驟如實(shí)施例5所述，其不同之處在于:步驟(4)中，超聲加工的參數(shù)為:線速度為60m/min，進(jìn)給量為0.25mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為1200N，超聲加工的次數(shù)為3次，超聲加工的振幅為8μπι。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，包括以下步驟， 將活塞裝夾在機(jī)床上，利用超聲波加工刀具對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲加工，超聲加工時(shí)刀具頭與活塞環(huán)槽表面相貼合，超聲加工的參數(shù)為:線速度為5-120m/min，進(jìn)給量為0.05-0.8mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為50-3000N。2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，超聲加工的參數(shù)為:線速度為50-60m/min，進(jìn)給量為0.15-0.25mm/r，超聲波加工刀具對(duì)待加工表面的壓力為 500-1200Ν。3.如權(quán)利要求1所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，超聲加工的次數(shù)為1-3次。4.如權(quán)利要求1所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，超聲加工的振幅為3-25μηι。5.如權(quán)利要求1所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，所述刀具頭包括工具座和工具頭，工具座內(nèi)設(shè)置有容納變幅桿的空腔，工具頭的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有向外延伸的支撐軸，工具頭通過支撐軸嵌入式設(shè)置在工具座的前端，當(dāng)?shù)毒哳^安裝在超聲波刀具上時(shí)，變幅桿的一端與工具頭接觸，通過工具頭對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲波加工。6.如權(quán)利要求5所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，所述工具座為可拆卸式工具座，包括連接在一起相同的兩部分。7.如權(quán)利要求5所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，所述工具頭包括本體和與本體連為一體的凸緣，在本體的兩側(cè)設(shè)置所述的支撐軸，凸緣的形狀與待加工工件的活塞環(huán)槽相適應(yīng)。8.如權(quán)利要求7所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，支撐軸與本體之間設(shè)置有軸肩。9.如權(quán)利要求7所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，所述凸緣的長(zhǎng)為3-8_，凸緣與水平面的傾斜夾角為5-15°。10.如權(quán)利要求7所述的對(duì)活塞環(huán)槽進(jìn)行超聲強(qiáng)化加工的方法，其特征在于，所述凸緣的長(zhǎng)為6_，凸緣與水平面的傾斜夾角為7-8°。
【文檔編號(hào)】B23P9/04GK105945511SQ201610370327
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】趙輝, 趙顯華, 柏士增, 趙志明, 劉秀娟
【申請(qǐng)人】山東華云機(jī)電科技有限公司