專利名稱：復雜殼體深小孔超聲波去毛刺工具及方法
技術領域：
本發明屬于機械加工工具，涉及一種復雜殼體深小孔超聲波去毛刺 工具及方法。
背景技術：
；殼體零件與其他零件相比較，結構復雜，形位公差及加 工精度要求高。 一個殼體零件往往有幾百個甚至上千個尺寸要求和大量 直徑、深度和精度要求不同的孔，深徑比大于10的小孔占到了總數的 30%以上。從加工工藝角度來看，加工工序繁多、周期長，加工后的毛 刺位置特殊，尤其是各交叉孔處的毛刺，看不見，摸不著，去除難度大， 如果去除不干凈，將成為危險的工藝污染源，影響到零件的可靠性和壽 命。對于深孔的毛刺，目前，大多采用磨粒流和電化學的方法消除零件 孔內毛刺，并取得一定的效果。但這兩種方法都有局限性，磨粒流方法 適合去除簡單殼體、單一內孔零件的毛刺，對于復雜殼體零件，磨粒流 在縱橫交錯孔系中的流向導引問題不好解決，也就不能處理好此類零件 的各種孔內毛剌的去除問題。電化學去毛剌方法受電極的尺寸所限，只 適合加工直徑大于①3的內孔，加工后對零件的表面有腐蝕，不適合高 精度的內孔和一些特殊材料(如鈦合金)的零件的內孔毛刺去除，對環 境也產生一定的污染。對于①3以下深小孔交叉部位去毛刺的研究很少， 目前基本上還是處于手工處理毛刺的階段，即借助于冷光源、內窺鏡 的觀察，用自治的手工工具(異型刮刀、銼刀、專用的研具等)去毛刺， 勞動強度大，周期長，成本高、效率低，難以保證產品質量一致，不利 于成批生產時的流水線作業和實現產品制造的柔性化，去毛刺過程中容 易產生不應有的劃痕，導致返工甚至報廢，這都使零件的制造成本增加 10%以上。
發明內容
本發明的目的是提供一種制造成本低、質量好的復雜殼 體深小孔超聲波去毛刺工具及方法。本發明的技術解決方案是，工具由 超聲波發生器、換能器、變幅桿、連接法蘭、傳遞桿和超硬磨料工具磨 頭組成，換能器置于超聲波發生器和變幅桿之間，連接法蘭一端是帶螺紋孔的外六方結構，通過螺紋與變幅桿連接，連接法蘭的另一端是圓柱 段，其上有直孔，與連接桿的圓柱段間隙配合，連接法蘭與傳遞桿相固定；傳遞桿和磨頭是整體結構，超硬磨料工具磨頭是球體形狀，超硬磨 料工具磨頭的過渡圓弧段與連接桿的圓柱段合成為整體。連接法蘭的圓 柱段與連接桿的圓柱段間隙配合，其間隙的大小為0.02mm 0.03mm。工 具的總長度(L)為<formula>formula see original document page 4</formula>其中A為振動波長 f為振動頻率n為完整周期波的個數利用超聲波發生器將50Hz交流電轉化為超聲頻的機械振動，通過 變幅桿在換能器和聲負載之間進行阻抗匹配，將振幅放大，傳遞給傳遞 桿，帶動其上的超硬磨料工具磨頭產生縱向振動。超硬磨料工具磨頭球 體與連接桿軸線方向垂直的方向相交點的機械振幅最大，連接法蘭與連 接桿連接處的振幅為零。本發明具有的優點效果本發明基于超聲波原 理，針對復雜殼體零件上深小孔的技術要求，設計超聲波超硬磨料去毛 刺工具，使去毛刺超聲磨頭的超聲頻機械振動振幅最大，實現長徑比大 于20，直徑小于①3深小孔毛刺快速、高質量的去除。該方法利用超聲 能量通過加工介質(磨料和加工工具)對零件進行加工的方法。本發明 將50Hz交流電轉化為超聲頻的機械振動，通過變幅桿將該振幅放大， 傳遞給振動傳遞桿，帶動其上的超硬磨料產生縱向振動，以很大的速度 不斷沖擊被加工表面，產生極大的單位面積壓力，使材料變形、破裂、 成為無數微粒被切離下來，達到去除交叉孔毛刺的目的。與傳統手工去 毛刺和其它去毛刺相比，超聲波去毛刺具有以下優勢可以加工手工刀 具難以達到的部位；人為和環境的影響因素小，毛刺去除均勻、徹底， 加工精度和加工質量易于保證和控制，毛刺去除程度一致，去毛刺部位 的形狀保持一致；適合加工復雜殼體零件中小孔徑、大長徑比的孔，尤 其是03以下的孔；加工時間短，加工效率提高50%~70%以上。
圖l為本發明結構示意圖；圖2為本發明連接法蘭與傳遞桿和超硬磨料工具磨頭結構示意圖；圖3為本發明振動波形圖。
具體實施方式
工具由超聲波發生器l、換能器2、變幅桿3、連接法蘭4、傳遞桿 5和超硬磨料工具磨頭6組成，換能器2置于超聲波發生器1和變幅桿 3之間，連接法蘭4一端是帶螺紋孔的外六方結構，通過螺紋與換能器 2連接，連接法蘭4的另一端是圓柱段7，其上有直孔，與連接桿5的 圓柱段8間隙配合，連接法蘭4與傳遞桿5相固定；傳遞桿5和超硬磨 料工具磨頭6是整體結構，超硬磨料工具磨頭6是球體形狀，超硬磨料 工具磨頭6的過渡圓弧段RD5與連接桿5的圓柱段①D3合成為整體。 連接法蘭4的圓柱段7與連接桿5的圓柱段OD3間隙配合，其間隙的大 小為0.02mm 0.03mm。工具的總長度L為<formula>formula see original document page 5</formula>其中入為振動波長f為振動頻率n為完整周期波的個數利用超聲波發生器1將50Hz交流電轉化為超聲頻的機械振動，通 過變幅桿3在換能器2和聲負載之間進行阻抗匹配，將振幅放大，傳遞 給傳遞桿5，帶動其上的超硬磨料工具磨頭6產生縱向振動。超硬磨料工具磨頭6球體與連接桿5軸線方向垂直的方向相交點的 機械振幅最大，連接法蘭4與連接桿5連接處的振幅為零。超聲波發生器、換能器及變幅桿的選用-這三種器件根據去毛刺要求進行選用， 一般符合下面三個方面1. 交叉孔產生的毛刺一般是鋸齒形連續的毛刺，并在兩孔交叉的邊 緣，所以為了有效去除毛刺，要求產生的機械振動必須是縱向的，即沿 孔的軸線方向帶動超硬磨料工具磨頭振動去除毛刺。2. 超聲波發生器產生18kHz 21kHz的超聲電振蕩，可以通過改變 頻率，適應不同要求的孔。3. 通過變幅桿產生的機械振動的振幅一般在10idm 14 fim。 超硬磨料工具設計如圖2所示，超硬磨料工具由三部分組成連接法蘭4、傳遞桿5 及超硬磨料工具磨頭6。連接法蘭4 一端是帶螺紋孔的外六方結構，通過MD1的螺紋與換 能器連接。外六方與標準扳手尺寸相配，用于安裝法蘭4。 MD1的螺紋 尺寸是根據所連接換能器的標準螺紋確定。外六方兩個直邊距離是Al， 螺紋孔最大直徑距離外六方直邊的距離(A1-D1) /2>4mm~6mm。連接 法蘭4的另一端是直徑(DD2的圓柱段，其上有0)D3xL3的直孔，與連接 桿的OD3圓柱段間隙配合，間隙的大小為0.02mm 0.03mm，再過焯接 的形式將連接法蘭4與傳遞桿5相固定。這里要保證法蘭4帶孔的空心 圓柱段的壁厚(D2-D3) /2>2mm 3mm，保證焊接可靠牢固。OD3孔的 深度一般為4mm 6mm。傳遞桿5和超硬磨料工具磨頭6是整體結構，采用工具鋼材料制成。 超硬磨料工具磨頭6是球體形狀，通過RD5過渡圓弧段與連接桿的0)D3 圓柱段合成為整體，過渡圓弧起到減少應力集中的作用。超硬磨料工具 磨頭6的球頭表面通過電鍍方式均勻附有一層金剛石顆粒，顆粒的大小 為W14 W16。超硬磨料工具磨頭6的球頭直徑OD4 (包括金剛石顆粒 層厚度)比所要去毛剌的孔的直徑小O0.25mm，并且要保證球頭體積大 于1/2體積，即通過球心沿與連接桿5軸線方向垂直的方向與球體相交 點c要具有最大直徑OD4，相交點c就是用于去毛刺的部分。連接桿5 的長度Ll要大于被加工孔的深度5mm左右，連接法蘭4、傳遞桿5和 超硬磨料工具磨頭6連接成為整個超硬磨料工具的總長度L要保證超硬 磨料工具磨頭c點處的機械振幅最大，在法蘭處連接位置的振幅為零， 即L-n入+入/2-N/f+l/2f 其中入為振動波長 f為振動頻率 n為完整周期波的個數結合圖1對超聲波深孔去毛刺過程進行具體說明220V、 50Hz交 流電通過超聲波發生器1轉換為18Kz 21Kz的超聲波頻率的電振蕩，經 過能量轉換裝置——換能器2將超聲波頻率的電振蕩轉換為超聲頻的機 械振動。由于換能器輸出的機械振動振幅很小，不能直接使用，必須利 用具有機械阻抗的變幅桿3，在換能器和聲負載之間進行阻抗匹配，通 過截面面積的變化，引起超聲波在傳遞過程中能量密度的變化，達到對振幅放大的目的。被放大的機械振動通過連接法蘭4和振動傳遞桿5帶 動超硬磨料工具磨頭6進行超頻機械振動，并施加于毛刺部分，使其單 位面積產生極大壓力，最后毛刺變形、破裂從零件本體剝落，實現毛刺 的去除。為防止振動傳遞桿從連接法蘭上脫落，又保證超硬磨料工具磨 頭的機械振幅最大，周期性機械波8在法蘭處a的振幅為零，即不產生 振動，而超硬磨料工具磨頭則處于周期性機械波8的波峰或波谷處b。為進一步提高去毛刺部位的表面質量，超聲波磨頭去毛刺加工過程 中，去毛刺部位添加高硬度的研磨微粉，在磨頭超頻振動的帶動下，使 微小的研磨粉粒以與超聲振動相同的頻率沖擊被加工表面，對已經去除 毛刺的部位進行搗實，除去或改造工件表面原有的損傷層，并在其下面 構成新的表面加工層，消除工件表面的加工痕跡，完善去毛刺的表面質
權利要求
1.一種復雜殼體深小孔超聲波去毛刺工具，其特征是，工具由超聲波發生器(1)、換能器(2)、變幅桿(3)、連接法蘭(4)、傳遞桿(5)和超硬磨料工具磨頭(6)組成，換能器(2)置于超聲波發生器(1)和變幅桿(3)之間，連接法蘭(4)一端是帶螺紋孔的外六方結構，通過螺紋與換能器(2)連接，連接法蘭(4)的另一端是圓柱段(7)，其上有直孔，與連接桿(5)的圓柱段(8)間隙配合，連接法蘭(4)與傳遞桿(5)相固定；傳遞桿(5)和超硬磨料工具磨頭(6)是整體結構，超硬磨料工具磨頭(6)是球體形狀，超硬磨料工具磨頭(6)的過渡圓弧段(RD5)與連接桿(5)的圓柱段(ΦD3)合成為整體。
2. 根據權利要求1所述的復雜殼體深小孔超聲波去毛刺工具，其特 征是，連接法蘭(4)的圓柱段(7)與連接桿(5)的圓柱段(①D3) 間隙配合，其間隙的大小為0.02mm 0.03mm。
3. 根據權利要求1所述的復雜殼體深小孔超聲波去毛刺工具，其特 征是，工具的總長度(L)為L-n入+入/2-N/f+l/2f。
4. 利用權利要求1所述工具迸行復雜殼體深小孔超聲波去毛刺的方 法，其特征是，利用超聲波發生器(1)將50Hz交流電轉化為超聲頻的 機械振動，通過變幅桿(3)在換能器(2)和聲負載之間進行阻抗匹配， 將振幅放大，傳遞給傳遞桿(5)，帶動其上的超硬磨料工具磨頭(6) 產生縱向振動。
5. 根據權利要求3所述的復雜殼體深小孔超聲波去毛剌的方法，其 特征是，超硬磨料工具磨頭(6)球體與連接桿(5)軸線方向垂直的方 向相交點的機械振幅最大，連接法蘭(4)與連接桿(5)連接處的振 幅為零。
全文摘要
本發明屬于機械加工工具，涉及一種復雜殼體深小孔超聲波去毛刺工具及方法。本發明將50Hz交流電轉化為超聲頻的機械振動，通過變幅桿將該機械振動的振幅放大，傳遞給振動傳遞桿，帶動其上的超硬磨料產生縱向振動，以很大的速度不斷沖擊被加工表面，產生極大的單位面積壓力，使材料變形、破裂，成為無數微粒被切離下來，達到去除交叉孔毛刺的目的。超聲波去毛刺可以加工手工刀具難以達到的部位；人為和環境的影響因素小，毛刺去除均勻、徹底，加工精度和加工質量易于保證和控制，毛刺去除程度一致，去毛刺部位的形狀保持一致；適合加工復雜殼體零件中小孔徑、大長徑比的孔，尤其是Φ3以下的孔；加工時間短，加工效率提高50％～70％以上。
文檔編號B24B1/04GK101239444SQ20081008433
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月19日 優先權日2008年3月19日
發明者唐輝民, 李厚培, 婕 王 申請人:中國航空工業第一集團公司北京航空精密機械研究所