本发明专利技术公开了一种滚压刀具，包括滚压刀刀柄，滚压刀刀柄内依次设置有弹簧组和滚压刀头，滚压刀刀柄内设置有防止滚压刀头与滚压刀柄的相对转动的导向键，法兰与滚压刀刀柄连接。该滚压刀具滚压效率高。一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，包括以下步骤：步骤1、分析待成形零件，获得该待成形零件局部最大弯曲变性能密度；步骤2、根据滚压刀具球环的半径、两个球环的中心距离和试板，进行试板试验，使滚压刀具及滚压力能满足成形极限要求；步骤3、确定待成形零件滚压参数，待成形零件滚压参数包括机床主轴转速n及沿x、y方向的进给速度vx、vy，按照待成形零件滚压参数，进行金属板料表面渐进滚压成形。采用该方法成形后零件表面粗糙度小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械制造金属板料表面成形
，涉及一种滚压刀具，还涉及采用该滚压刀具进行金属板料表面渐进滚压成形的方法。
技术介绍
金属板料成形在制造业中有着广泛的应用，传统的金属板料加工工艺都离不开模具，采用模具的加工工艺周期长，而且缺乏柔性，当产品变化时就需要重新更换模具，这就延长了新产品的开发周期。而现代社会产品的更新换代非常迅速，如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，是企业生存和发展的关键。因此一些柔性无模成形技术应运而生，如：喷丸成形、数字化渐进成形、无模多点成形、激光成形技术等，这些技术都是在数控系统的支撑下，实现板料的无模成形，具有很大的柔性。他们克服了模具成形的不足，节省了模具制造费用与时间，特别适合新产品的开发和小批量生产。表面滚压是用硬质且表面光滑的滚动体在零件表面滚动的同时向表面施加一定压力的工艺。通过滚压可以达到三方面的效果：降低表面粗糙度，提高表面硬度，以及在表层产生压应力层。表面滚压强化技术(以下简称滚压)自1929年首次在德国被用于机车轴的表面强化后，目前已在航空航天、汽车机车、精密机械、国防工业、生物医学等领域得到了广泛应用。滚压工艺、滚压对象及滚压刀具逐渐多样化,旨在提高加工效率并获得更好的表面质量。由于板料表面滚压工艺可以在板料表层形成压应力层，使板料产生弯曲变形，控制滚压参数就可以控制板料变形后的形状，这样通过滚压工艺就可以实现壁板类零件的柔性成形。金属板料表面渐进滚压成形是壁板类零件柔性成形的一种极具应用前景的成形方法。目前通过滚压工艺在板料表面形成压应力而达到表面强化目的专利及文献众多，但用于成形的却极少。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种滚压刀具，该滚压刀具滚压效率高。本专利技术的另一个目的是提供一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，采用该方法成形后零件表面粗糙度小。本专利技术所采用的技术方案是，一种滚压刀具，包括滚压刀刀柄，滚压刀刀柄内依次设置有弹簧组和滚压刀头，滚压刀刀柄内设置有防止滚压刀头与滚压刀柄间相对转动的导向键，滚压刀头的一端穿过法兰且伸出滚压刀刀柄外，法兰与滚压刀刀柄连接。本专利技术的特点还在于，刀柄是由大轴端和小轴端构成的台阶轴，小轴端与机床刀柄配合连接，大轴端内设置有盲孔，弹簧组和滚压刀头均位于盲孔内，大轴端内侧面设置有两个对称分布的矩形通孔，导向键位于矩形通孔内，导向键上设置有螺钉b。法兰与滚压刀刀柄之间通过螺钉a连接，螺钉a依次穿过弹簧垫圈、法兰和滚压刀刀柄。弹簧组由一组正反叠加的蝶形弹簧组成。滚压刀头包括刀杆，刀杆的一端伸出滚压刀刀柄外且穿有芯轴，芯轴的两端均依次连接有平垫圈、轴承和轴用挡圈，每个轴承上均套有球环，球环上安装有孔用挡圈。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，采用一种滚压刀具，包括以下步骤：步骤1、分析待成形零件，获得该待成形零件局部最大弯曲变性能密度；步骤2、根据滚压刀具球环的半径、两个球环的中心距离和试板，进行试板试验，使滚压刀具及滚压力能满足成形极限要求；步骤3、确定待成形零件滚压参数，待成形零件滚压参数包括机床主轴转速n及沿x、y方向的进给速度vx、vy，按照待成形零件滚压参数，进行金属板料表面渐进滚压成形。本专利技术的特点还在于，步骤1中获得待成形零件局部最大弯曲变性能密度具体为：将零件均匀分区，各分区的中心位置作为零件的特征位置，分别提取零件特征位置的局部厚度tlocal、最大曲率最小曲率及最小曲率方向，根据公式(1)和公式(2)分别计算各特征位置的最大弯矩值和最小弯矩值Mmaxlocal=D(ρmaxlocal+vρminlocal),---(1)]]>Mminlocal=D(ρminlocal+vρmaxlocal),---(2)]]>公式(1)和公式(2)中，ν为试板材料的泊松比，D通过公式(3)计算得出，D=Etlocal312(1-v2)---(3)]]>公式(3)中，ν为试板材料的泊松比，E为试板材料的弹性模量，tlocal为零件特征位置的局部厚度，根据公式(4)计算特征位置的弯曲变性能密度Wmaxlocal=12(Mmaxlocalρmaxlocal+Mminlocalρminlocal)---(4)]]>根据公式(5)计算局部最大弯曲变性能密度Wmax，Wmax=max{Wmaxlocal).---(5)]]>步骤2试板试验具体为：步骤2.1、确定试板；试板为长方形平板，长度为L，宽为B，厚度为t；试板平面与xoy平行，试板材料与所要成形零件的材料相同；试板宽度B应大于两个球环的中心距d；步骤2.2、试验；在滚压刀具上通过刻度标定滚压力F与压下量Δz；设定较低的机床主轴转速n及沿x、y方向的进给速度vx、vy，调整滚压刀具的压下量Δz，使滚压力F达到滚压刀具额定滚压力的75-85％；机床带动滚压刀具沿长度方向滚压试板一遍；重新装夹新试板，保持滚压力不变，逐步增大主轴转速n及进给速度vx和vy，滚压新试板；至少完成三次试板试验；步骤2.3、测量；通过弧高仪测量各滚压试板中间位置跨距l范围内的弧高值h；通过显微镜测量滚压痕迹宽度w；步骤2.4、结果；根据公式(6)、(7)和(8)分别计算试板变形后的曲率为ρ、试板变形后弯曲弯矩M和试板变形后弯曲变形能密度W；ρ=8h4h2+l2---(6)]]>公式(6)中，h为通过弧高仪测量各滚压试板中间位置跨距l范围内的弧高值，l为滚压试板中间位置跨距；M=Et3ρ12(1-v)---(7)]]>公式(7)中，E为试板材料的弹性模量，ν为试板材料的泊松比，t为试板厚度，ρ为试板变形后的曲率；W＝Mρ(8)公式(8)中，M为试板变形后弯曲弯矩，ρ为试板变形后的曲率；根据公式(9)计算单位进给长度内的主轴转数p，p=n/vx2+vy2---(9)]]>公式(9)中，n为机床的转速，vx和vy分别为机床进给速度，滚压刀有两个球环作为滚动体，则单位进给长度内球环滚过的次数即轨迹密度P的计算为公式(10)，P＝4p(10)公式(10)中，p为单位进给长度内的主轴转数，通过公式(11)近似计算获得滚压压痕的覆盖率C，C＝wP(11)公式(11)中，P为单位进给长度内球环(10)滚过的次数即轨迹密度，w为滚压痕迹宽度，将计算得到的试板变形后弯曲变形能密度W及对应的覆盖率C通过公式(12)拟合，得到参数k1或k2，即得到了滚压刀具在机床的转速n及进给速度vx和vy条件下与板料变形间的基础关系；C=k2Wk1+W---(12)]]>取覆盖率C为0.8，计算对应的试板变形后弯曲变形能密度W，判断W是否能大于局部最大弯曲变形能密度Wmax，如果是，则所选滚压刀具及滚压力能满足成形极限要求，否则采用球环尺寸较小或额定滚压力较大的滚压刀具，重复步骤2.2-步骤2.4。步骤3具体为：根据步骤1计算的各特征位置的最大弯矩值和最小弯矩值带入步骤2公式(12)中，再次计算各特征位置的滚压覆盖率C，再根据公式(13)反算满足条件的机床主轴转速n及进给速度vx和vy，C=wP=4wn/vx2+vy2---(13)]]>使各特征位置与理论滚压参数一一对应；沿最小曲率方向对各特征位置分组，在组内将进给距离作本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种滚压刀具，其特征在于；包括滚压刀刀柄(1)，滚压刀刀柄(1)内依次设置有弹簧组(2)和滚压刀头，滚压刀刀柄(1)内设置有防止滚压刀头与滚压刀柄(1)的相对转动的导向键(14)，滚压刀头的一端穿过法兰(4)且伸出滚压刀刀柄(1)外，法兰(4)与滚压刀刀柄(1)连接。
【技术特征摘要】
1.一种滚压刀具，其特征在于；包括滚压刀刀柄(1)，滚压刀刀柄(1)内依次设置有弹簧组(2)和滚压刀头，滚压刀刀柄(1)内设置有防止滚压刀头与滚压刀柄(1)的相对转动的导向键(14)，滚压刀头的一端穿过法兰(4)且伸出滚压刀刀柄(1)外，法兰(4)与滚压刀刀柄(1)连接。2.根据权利要求1所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述刀柄(1)由大轴端和小轴端构成的台阶轴，小轴端与机床刀柄配合连接，大轴端内设置有盲孔，弹簧组(2)和滚压刀头均位于盲孔内，大轴端内侧面设置有两个对称分布的矩形通孔，导向键(14)位于矩形通孔内，导向键(14)上设置有螺钉b(13)。3.根据权利要求1所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述法兰(4)与滚压刀刀柄(1)之间通过螺钉a(11)连接，螺钉a(11)依次穿过弹簧垫圈(12)、法兰(4)和滚压刀刀柄(1)。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述弹簧组(2)由一组正反叠加的蝶形弹簧组成。5.根据权利要求4所述的一种滚压刀具，其特征在于；所述滚压刀头包括刀杆(3)，刀杆(3)的一端伸出滚压刀刀柄(1)外且穿有芯轴(6)，芯轴(6)的两端均依次连接有平垫圈(9)、轴承(8)和轴用挡圈(7)，每个轴承(8)上均套有球环(10)，球环(10)上安装有孔用挡圈(5)。6.一种金属板料表面渐进滚压成形的方法，采用权利要求5所述的一种滚压刀具，其特征在于；包括以下步骤：步骤1、分析待成形零件，获得该待成形零件局部最大弯曲变性能密度；步骤2、...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖旭东，童鑫，李言，杨明顺，袁启龙，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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