一種用于精密加工的自冷卻超聲復合擠壓加工裝置的制作方法

本發明屬于超硬材料或復合材料的精加工技術領域，尤其涉及一種用于精密加工的自冷卻超聲復合擠壓加工裝置。

背景技術：

隨著科技的不斷發展，航空航天國防和高端裝備制造等領域的難加工材料如鎳基高溫合金、超高強度鋼、tial金屬間化合物、鈦合金、顆粒增強復合材料等廣泛的應用，這些材料高精密加工仍然是一個難題，被廣泛關注。

傳統的加工方法已不能適應該類零件的精密加工，目前常規的方法采用單一的機械、物理、預應力加工等來實現零件的精加工。這些方法難以加工超硬材料或復合材料的細長軸等剛性差的零件，有時會引起表面過度硬化且切削力較大影響刀具使用壽命。大量的研究表明超聲加工可使被加工零件表面獲得較高的加工精度，表面可以形成抗疲勞性能良好的納米晶組織等。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種可靠性強、加工效率高、專門適用于剛性差的細長軸表面精加工作業的超聲復合擠壓加工裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種用于精密加工的自冷卻超聲復合擠壓加工裝置，包括超聲波發生器和前后兩端均敞口的套筒，套筒內設置有換能器，換能器的前端部通過雙頭螺栓可拆卸連接有向前伸出套筒的變幅桿，套筒側部設有用于連接換能器和超聲波發生器的導線孔，變幅桿由同軸向設置的前圓柱體、中圓錐體和后圓柱體構成，中圓錐體呈前細后粗結構，中圓錐體前端與前圓柱體等徑，中圓錐體后端與后圓柱體等徑；前圓柱體的外部套設有圓柱筒，中圓錐體的外部套設有圓錐筒，圓柱筒后端與圓錐筒前端固定連接為一體結構，圓柱筒內壁與前圓柱體外壁、圓錐筒內壁與中圓錐體外壁之間具有間隙，圓錐筒的后端設有前加緊套；

套筒前端面通過軸向設置的緊固螺栓連接有前端蓋，前端蓋具有與中圓錐體及圓錐筒錐度相同的內孔，圓錐筒位于內孔當中，前圓柱體和圓柱筒向前伸出前端蓋，前端蓋的內孔外邊緣設有用于容納前加緊套的前臺階槽，套筒前端面內圈邊緣處設有后加緊套，前加緊套后端面與后加緊套前端面之間頂壓配合且設置有第一密封圈；

圓柱筒外壁螺紋連有安裝筒和緊固螺母，緊固螺母前端面與安裝筒后端部頂壓配合，安裝筒前端設有安裝架，安裝架上轉動連接有擠壓輪，擠壓輪的后部與前圓柱體前端部接觸。

套筒后端部通過螺紋連接有后端蓋，后端蓋上設有后散熱孔；套筒頂部設有位于換能器上方的上散熱孔；套筒內壁設有位于換能器后側的安裝環板，安裝環板后側通過安裝螺釘連接有風扇，風扇電壓為12v，通過電壓轉換器將交流電壓220v轉換為風扇用的直流電壓12v，電壓轉換器固定在超聲波電源箱體內，由超聲波電源另外兩個外部電源接頭給電壓轉換器供電。

套筒前端面內圈邊緣處設有后臺階槽，后加緊套外圓周設有位于后臺階槽內的定位環，后加緊套前端面設有與第一密封圈頂壓接觸的密封環，前加緊套后端外邊緣設有與后加緊套裝配形成止口結構的定位套。

前端蓋頂部沿徑向方向開設有與所述的間隙連通的切削液注入孔，前端蓋的內孔前側與圓柱筒后端外壁之間設有第二密封圈，前端蓋的內孔后側與圓錐筒后端外壁之間設有第三密封圈。

套筒側部設置有前支架和后支架，前支架和后支架之間設置有夾持塊，夾持塊后部連接有l型架，l型架的一端位于后端蓋的后方，l型架上設置有千分表，千分表的測量頭與后端蓋后表面接觸。

采用上述技術方案，本發明中的換能器經雙頭螺柱和變幅桿連接在一起，并將超聲波沖擊振動傳遞給變幅桿的較大端，經過變幅桿的動力傳遞在振幅小端放大，再傳遞擠壓輪加工工件；切削液通過切削液注入孔加入，然后通過所述的間隙澆入到擠壓輪的周圍，清理擠壓輪周圍的雜質并降低加工作業的溫度，使擠壓輪處于良好的工作狀態；固定在夾持塊的l型架及千分表用來測量后端蓋的位移，間接反映力的大小，便于及時調整。套筒頂部開設的上散熱孔和后端蓋上開設的后散熱孔用來為換能器散熱，改善工作環境。加工工件時，當擠壓輪與被加工工件接觸時，千分表會有微小的轉動，可以估算此時的預緊力并使之處于合理范圍內。超聲波發生器將超聲頻信號傳給換能器，換能器將信號轉化為機械振動經變幅桿放大，在一定條件下，擠壓輪將靜壓力和超聲波沖擊振動到旋轉的機械零部件表面，產生擠壓作用而使金屬材料產生大幅度塑性變形。加工后，工件表面產生一定的彈性恢復，所產生的塑性流動將工件表面上的“谷”被“峰”填滿或者部分填滿，從而大大降低粗糙度至納米水平，并提高其表面的綜合性能指標。由于擠壓輪在加工始終處于自由轉動狀態，大大提高了工具頭的使用壽命，且切削液通過切削液注入孔將擠壓輪附近的雜質及時清理出去，同時第二密封圈和第三能防止切削液能外漏，這樣擠壓輪能處于良好的工作狀態，從而提高了工作效率和達到精加工的目的。

緊固螺母壓緊安裝筒右端，用于限定安裝筒在圓柱筒上螺紋連接的位置，可調整擠壓輪的前后位置及轉動方向。套筒前端面內圈邊緣處設有后加緊套，前加緊套后端面與后加緊套前端面之間頂壓配合且設置有第一密封圈。

前加緊套和后加緊套的緊密配合，通過第一密封圈與密封環的頂壓配合以及前加緊套后端外邊緣的定位套與后加緊套裝配形成的止口結構進行雙重密封卡接結構，充分限定圓柱筒和圓錐筒保持與套筒同中心線設置。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是圖2中a-a向旋轉剖視圖。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發明的一種用于精密加工的自冷卻超聲復合擠壓加工裝置，包括超聲波發生器（圖中未示意出來）和前后兩端均敞口的套筒14，套筒14內設置有換能器11，換能器11的前端部通過雙頭螺栓10可拆卸連接有向前伸出套筒14的變幅桿，套筒14側部設有用于連接換能器11和超聲波發生器的導線孔13，變幅桿由同軸向設置的前圓柱體21、中圓錐體22和后圓柱體9構成，中圓錐體22呈前細后粗結構，中圓錐體22前端與前圓柱體21等徑，中圓錐體22后端與后圓柱體9等徑；前圓柱體21的外部套設有圓柱筒23，中圓錐體22的外部套設有圓錐筒24，圓柱筒23后端與圓錐筒24前端固定連接為一體結構，圓柱筒23內壁與前圓柱體21外壁、圓錐筒24內壁與中圓錐體22外壁之間具有間隙25，圓錐筒24的后端設有前加緊套4。

套筒14前端面通過軸向設置的緊固螺栓6連接有前端蓋5，前端蓋5具有與中圓錐體22及圓錐筒24錐度相同的內孔，圓錐筒24位于內孔當中，前圓柱體21和圓柱筒23向前伸出前端蓋5，前端蓋5的內孔外邊緣設有用于容納前加緊套4的前臺階槽，套筒14前端面內圈邊緣處設有后加緊套7，前加緊套4后端面與后加緊套7前端面之間頂壓配合且設置有第一密封圈26；

圓柱筒23外壁螺紋連有安裝筒27和緊固螺母3，緊固螺母3前端面與安裝筒27后端部頂壓配合，安裝筒27前端設有安裝架2，安裝架2上轉動連接有擠壓輪1，擠壓輪1的后部與前圓柱體21前端部接觸。

套筒14后端部通過螺紋連接有后端蓋15，后端蓋15上設有后散熱孔28；套筒14頂部設有位于換能器11上方的上散熱孔12。套筒14內壁設有位于換能器11后側的安裝環板35，安裝環板35后側通過安裝螺釘36連接有風扇37，風扇37電壓為12v，通過電壓轉換器將交流電壓220v轉換為風扇用的直流電壓12v，電壓轉換器固定在超聲波電源箱體內，由超聲波電源另外兩個外部電源接頭給電壓轉換器供電。風扇37進一步提高對換能器11的散熱效果。

套筒14前端面內圈邊緣處設有后臺階槽，后加緊套7外圓周設有位于后臺階槽內的定位環29，后加緊套7前端面設有與第一密封圈26頂壓接觸的密封環30，前加緊套4后端外邊緣設有與后加緊套7裝配形成止口結構的定位套31。

前端蓋5頂部沿徑向方向開設有與所述的間隙25連通的切削液注入孔16，前端蓋5的內孔前側與圓柱筒23后端外壁之間設有第二密封圈32，前端蓋5的內孔后側與圓錐筒24后端外壁之間設有第三密封圈33。

套筒14側部設置有前支架34和后支架17，前支架34和后支架17之間設置有夾持塊18，夾持塊18后部連接有l型架19，l型架19的一端位于后端蓋15的后方，l型架19上設置有千分表20，千分表20的測量頭與后端蓋15后表面接觸。

本發明中的換能器11經雙頭螺柱和變幅桿連接在一起，并將超聲波沖擊振動傳遞給變幅桿的較大端，經過變幅桿的動力傳遞在振幅小端放大，再傳遞擠壓輪1加工工件；切削液通過切削液注入孔16加入，然后通過所述的間隙25澆入到擠壓輪1的周圍，清理擠壓輪1周圍的雜質并降低加工作業的溫度，使擠壓輪1處于良好的工作狀態；固定在夾持塊18的l型架19及千分表20用來測量后端蓋15的位移，間接反映力的大小，便于及時調整。套筒14頂部開設的上散熱孔12和后端蓋15上開設的后散熱孔28用來為換能器11散熱，改善工作環境。加工工件時，當擠壓輪1與被加工工件接觸時，千分表20會有微小的轉動，可以估算此時的預緊力并使之處于合理范圍內。超聲波發生器將超聲頻信號傳給換能器11，換能器11將信號轉化為機械振動經變幅桿放大，在一定條件下，擠壓輪1將靜壓力和超聲波沖擊振動到旋轉的機械零部件表面，產生擠壓作用而使金屬材料產生大幅度塑性變形。加工后，工件表面產生一定的彈性恢復，所產生的塑性流動將工件表面上的“谷”被“峰”填滿或者部分填滿，從而大大降低粗糙度至納米水平，并提高其表面的綜合性能指標。由于擠壓輪1在加工始終處于自由轉動狀態，大大提高了工具頭的使用壽命，且切削液通過切削液注入孔16將擠壓輪1附近的雜質及時清理出去，同時第二密封圈32和第三能防止切削液能外漏，這樣擠壓輪1能處于良好的工作狀態，從而提高了工作效率和達到精加工的目的。

緊固螺母3壓緊安裝筒27右端，用于限定安裝筒27在圓柱筒23上螺紋連接的位置，可調整擠壓輪1的前后位置及轉動方向。套筒14前端面內圈邊緣處設有后加緊套7，前加緊套4后端面與后加緊套7前端面之間頂壓配合且設置有第一密封圈26。

前加緊套4和后加緊套7的緊密配合，通過第一密封圈26與密封環30的頂壓配合以及前加緊套4后端外邊緣的定位套31與后加緊套7裝配形成的止口結構進行雙重密封卡接結構，充分限定圓柱筒23和圓錐筒24保持與套筒14同中心線設置。

本實施例并非對本發明的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。