一種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法及刀具頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法及刀具頭，將待加工活塞裝夾在機床上，利用超聲波加工刀具對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工，通過該超聲強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，其加工工藝簡單、操作方便且加工過程無污染，結合本發(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。
【專利說明】
一種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法及刀具頭
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法及刀具頭，屬于超聲加工技術領域。
【背景技術】
[0002]活塞是內(nèi)燃機上最關鍵的運動件，它在高溫高壓下承受反復交變載荷的作用，被稱為內(nèi)燃機的心臟。其中，活塞上安裝的活塞環(huán)在高溫、高壓、高速條件下?lián)撝芊?、傳熱的作用?；钊h(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，儲存的化學能能充分地轉化為熱能，排出的廢氣對環(huán)境的影響小。由于活塞環(huán)槽與活塞環(huán)之間是邊界潤滑，且潤滑狀況較差，尤其是第一道環(huán)槽潤滑條件最差，接觸應力和沖擊力較大，將導致環(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)動機不能正常工作?；钊h(huán)槽的耐磨性是評定內(nèi)燃機性能的重要指標之一，對發(fā)動機壽命有著重要影響。
[0003]隨著發(fā)動機向著高功率密度發(fā)展，出于減重的需要，發(fā)動機活塞大多采用質量較輕的鋁合金，但鋁合金由于熔點低，強度低，耐磨性不好等缺點成為鋁活塞在大功率發(fā)動機使用上的障礙，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前急需解決的技術難題。
[0004]目前，國內(nèi)外正在使用的活塞環(huán)槽表面強化處理方法有以下幾種:
[0005]第一種，化學熱處理，以活塞頭氮化、軟氮化居多，例如，中國專利文獻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)的上表面和側面形成氮化硅膜層，使活塞環(huán)的表面硬度達到900-1400HV，提高了耐磨性。
[0006]第二種，活塞環(huán)槽表面感應淬火或激光淬火，例如，中國專利文獻CN1844414A公開的一種活塞環(huán)槽高頻淬火工藝，該方法主要彌補了高頻設備功率的不足，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(申請?zhí)?01310021922.6)公開了一種帶有硬軟復合涂層與織構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:
[0009]1、改變了活塞環(huán)或活塞環(huán)槽的表面結構，在活塞環(huán)或活塞環(huán)槽的表面涂層相應地改變了其結構尺寸，對后續(xù)活塞環(huán)與活塞環(huán)槽之間的配合造成影響，進而影響活塞環(huán)槽的密封性；
[0010]2、現(xiàn)有技術的強化成本高，工藝復雜，尤其是采用一些化學工藝方法進行強化處理時，往往還會帶來環(huán)境污染。
[0011]3、采用涂層處理的強化方法，雖然在一定程度上提高了活塞的耐磨性，但是經(jīng)過長時間的運作之后，易出現(xiàn)開裂和剝落，使用壽命有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，該方法可以在不采用涂層或化學處理的前提下，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活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的刀具頭。
[0014]本發(fā)明的技術方案如下:
[0015]—種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，包括以下步驟，
[0016]將活塞裝夾在機床上，利用超聲波加工刀具對活塞環(huán)槽進行超聲加工，超聲加工時刀具頭與活塞環(huán)槽表面相貼合，超聲加工的參數(shù)為:線速度為5_120m/min，進給量為
0.05-0.8mm/r，超聲波加工刀具對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，進給量為0.15-0.25mm/r，超聲波加工刀具對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)設置有容納變幅桿的空腔，工具頭的兩側對稱設置有向外延伸的支撐軸，工具頭通過支撐軸嵌入式設置在工具座的前端，當?shù)毒哳^安裝在超聲波刀具上時，變幅桿的一端與工具頭接觸，通過工具頭對活塞環(huán)槽進行超聲波加工。
[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，在本體的兩側設置所述的支撐軸，凸緣的形狀與待加工工件的活塞環(huán)槽相適應。
[0024]優(yōu)選的，支撐軸與本體之間設置有軸肩。
[0025]優(yōu)選的，所述凸緣的長為3-8mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為5-15°。
[0026]進一步優(yōu)選的，所述凸緣的長為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)明超聲強化的加工方法相比傳統(tǒng)的活塞環(huán)槽的強化處理方法，工藝簡單、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。
[0030]2、本發(fā)明超聲強化的加工方法利用超聲波能轉化為機械能對活塞桿槽進行加工，相比傳統(tǒng)的強化處理方法，本方法無污染，同時對工件結構、尺寸無影響，具有良好的經(jīng)濟價值和社會價值。
[0031]3、本發(fā)明設計的對活塞環(huán)槽超聲強化加工的刀具頭結構簡單、成本低，在與超聲波金屬表面加工刀具相配合對活塞環(huán)槽進行超聲加工時，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)明中刀具頭的結構示意圖；
[0033]圖2為超聲波刀具對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工時的結構示意圖；
[0034]圖3為圖2中刀具頭對活塞環(huán)槽超聲強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、支點銷;6、工件;7、固定套;8、碟形彈簧;9、碟形彈簧；10、彈力調節(jié)桿；11、滑套；12、變幅桿。
【具體實施方式】
[0038]下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
[0039]實施例1:
[0040]如圖1、圖3-圖5所示，一種用于對活塞環(huán)槽超聲強化加工的刀具頭，包括工具座1、工具頭3，工具座I內(nèi)設置有容納變幅桿12的空腔，工具頭3的兩側對稱設置有向外延伸的支撐軸2，工具頭3通過支撐軸2嵌入式設置在工具座I的前端，當?shù)毒哳^I安裝在超聲波刀具上時，變幅桿12的一端與工具頭3接觸，通過工具頭3對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工。
[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，將工具座相同的兩部分分開，然后將工具頭兩側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，凸緣302的外形為圓形，在本體301的兩側設置所述的支撐軸2。
[0043]凸緣302的長為L= 3mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 5°，如圖4、圖5所示。
[0044]實施例2:
[0045]—種用于對活塞環(huán)槽超聲強化加工的刀具頭，結構如實施例1所述，其不同之處在于:凸緣302的長為L = 8mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 15°。在支撐軸2和本體301之間設置有軸肩303。
[0046]實施例3:
[0047]—種用于對活塞環(huán)槽超聲強化加工的刀具頭，結構如實施例1所述，其不同之處在于:凸緣302的長為L = 6mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 7°。
[0048]實施例4:
[0049]—種用于對活塞環(huán)槽超聲強化加工的刀具頭，結構如實施例1所述，其不同之處在于:凸緣302的長為L = 6mm，凸緣與水平面的傾斜夾角為α = 8°。
[0050]實施例5:
[0051]—種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，利用本實施例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)調節(jié)超聲波加工刀具末端的彈力調節(jié)桿10，從而調節(jié)工具頭3在軸向上和徑向上對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裝夾在機床上，同時調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)槽的側壁點接觸；
[0055](4)啟動超聲波金屬表面加工刀具，工具頭3在變幅桿12的作用下對活塞環(huán)槽進行超聲加工，加工過程中，隨著刀架的進給，工具頭3從外到里逐漸對活塞環(huán)槽側壁超聲加工，當工具頭達到活塞環(huán)槽槽底時，工具頭即可對活塞環(huán)槽的槽底進行超聲加工。本實施例中超聲加工的參數(shù)為:線速度為5m/min，進給量為0.05mm/r，超聲波加工刀具對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]實施例6:
[0057]一種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，加工步驟如實施例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，進給量為0.8mm/r，超聲波加工刀具對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]實施例7:
[0059]—種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，加工步驟如實施例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，進給量為0.15mm/r，超聲波加工刀具對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]實施例8:
[0061]—種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，加工步驟如實施例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，進給量為0.25mm/r，超聲波加工刀具對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。
【主權項】
1.一種對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，包括以下步驟， 將活塞裝夾在機床上，利用超聲波加工刀具對活塞環(huán)槽進行超聲加工，超聲加工時刀具頭與活塞環(huán)槽表面相貼合，超聲加工的參數(shù)為:線速度為5-120m/min，進給量為0.05-0.8mm/r，超聲波加工刀具對待加工表面的壓力為50-3000N。2.如權利要求1所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，超聲加工的參數(shù)為:線速度為50-60m/min，進給量為0.15-0.25mm/r，超聲波加工刀具對待加工表面的壓力為 500-1200Ν。3.如權利要求1所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，超聲加工的次數(shù)為1-3次。4.如權利要求1所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，超聲加工的振幅為3-25μηι。5.如權利要求1所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，所述刀具頭包括工具座和工具頭，工具座內(nèi)設置有容納變幅桿的空腔，工具頭的兩側對稱設置有向外延伸的支撐軸，工具頭通過支撐軸嵌入式設置在工具座的前端，當?shù)毒哳^安裝在超聲波刀具上時，變幅桿的一端與工具頭接觸，通過工具頭對活塞環(huán)槽進行超聲波加工。6.如權利要求5所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，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.如權利要求5所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，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，在本體的兩側設置所述的支撐軸，凸緣的形狀與待加工工件的活塞環(huán)槽相適應。8.如權利要求7所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，支撐軸與本體之間設置有軸肩。9.如權利要求7所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，所述凸緣的長為3-8_，凸緣與水平面的傾斜夾角為5-15°。10.如權利要求7所述的對活塞環(huán)槽進行超聲強化加工的方法，其特征在于，所述凸緣的長為6_，凸緣與水平面的傾斜夾角為7-8°。
【文檔編號】B23P9/04GK105945511SQ201610370327
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】趙輝, 趙顯華, 柏士增, 趙志明, 劉秀娟
【申請人】山東華云機電科技有限公司