一种螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法技术

本发明专利技术涉及一种螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法，包括：按照预设的制造强化螺纹的策略对机床进行配置，机床按照策略控制螺纹铣刀一体化切挤加工螺纹；在螺纹加工过程中，借助于超声椭圆振动实现螺纹铣刀的切挤操作，且使螺纹铣刀的侧刃后刀面产生负后角熨压区域，用以熨压强化螺纹表面。制造强化螺纹的策略包括：用于使螺纹铣刀主切削刃断续切削、降低切削力及提高加工精度的相位差用于在螺纹加工过程中使螺纹铣刀的侧刃后刀面产生负后角熨压区域的超声椭圆振动的长边振幅A、短边振幅B和频率f。该螺纹加工方法，可同时完成螺纹的切削与挤压强化，提高螺纹制造精度的同时在螺纹表面附加残余压应力，提高螺纹表面显微硬度和疲劳强度。面显微硬度和疲劳强度。面显微硬度和疲劳强度。

【技术实现步骤摘要】
一种螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法


[0001]本专利技术涉及机械加工、内外螺纹制备及螺纹切挤强化
，尤其涉及一种螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法。

技术介绍

[0002]在现代航空航天领域，如钛合金、高温合金等航空难加工材料等精密且轻量化的构件应用越来越广泛，由于钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料具有比强度高、耐热、抗冲击、耐腐蚀、相容性好等优异性能，且钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料质量远小于合金钢，因此，钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料连接件在航空航天领域的使用量越来越大。其中，螺纹联接是钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料零件的主要连接方式之一，如应用在液压系统上的钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料管接头。在航天航天装备的伺服机构中广泛应用的钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料上也有很多螺纹需要加工。
[0003]钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料螺纹加工过程中存在的问题有：
[0004](1)由于钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料的难切削加工特性，采用传统的螺纹加工方法来加工钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料内外螺纹存在一定的困难。如螺纹车削很难断屑，影响螺纹加工质量；使用丝锥加工时刀具磨损快、加工温度高、轴向力大，并且丝锥破损产生刮削作用会使零件报废，浪费材料。
[0005](2)钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料作为一种典型的难加工材料，热导率低，机械加工性能差。在传统加工过程中随着切削速度的提升切削力会增大，刀具温度急剧升高，导致螺纹铣刀快速磨损，从而降低刀具寿命和影响加工质量，最终影响螺纹零件的疲劳寿命。
[0006](3)螺纹连接件作为航空航天装备制造重要的结构件和紧固件，需要对其进行强化以避免应力集中、提高螺纹疲劳寿命。目前螺纹根部滚挤压强化技术，通过滚轮施加压力使表层金属产生一定程度的弹塑性变形来减少疲劳源头数量，提高螺纹疲劳寿命，但会导致螺纹零件抗疲劳性能不稳定，普通滚轮滚挤压螺纹技术普遍存在砂轮体积大、加工工具强度低以及挤压区域狭窄等问题。此外，喷丸强化、激光强化等方式会破坏螺纹表面完整性，抵消残余压应力对疲劳寿命的增益。在实际加工过程中通常需要经过多道工序如切削
‑
强化甚至切削
‑
强化
‑
再切削工序才能使螺纹符合精度与强度要求，严重影响螺纹零件加工效率。
[0007]因此，亟需提供一种能够提升刀具耐用度、提高钛合金、高温合金以及高强刚等航空难加工材料内外螺纹加工表面质量的螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法。

技术实现思路

[0008](一)要解决的技术问题
[0009]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种螺纹结构精强一体化波动式超
声铣削方法，可提高螺纹的精度，同时提高螺纹铣刀的耐用度，并且无需附加强化工序，在对工件进行螺纹切削加工的同时即可对工件表面的螺纹进行挤压强化，使得加工出的螺纹满足工业要求。
[0010](二)技术方案
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0012]本专利技术实施例提供一种螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法，包括：按照预设的制造强化螺纹的策略对机床进行配置，机床按照策略控制螺纹铣刀一体化切挤加工螺纹；
[0013]所述螺纹铣刀的刃口钝圆，且在螺纹加工过程中，借助于超声椭圆振动实现螺纹铣刀的切挤操作，且使螺纹铣刀的侧刃后刀面产生负后角熨压区域，用以熨压强化已加工螺纹的螺纹表面；同时，螺纹铣刀的刃口钝圆对材料产生高应变率冲压实现冲击强化。
[0014]所述制造强化螺纹的策略包括：用于使螺纹铣刀主切削刃断续切削、降低切削力及提高加工精度的相位差用于在螺纹加工过程中使螺纹铣刀的侧刃后刀面产生负后角熨压区域的超声椭圆振动的长边振幅A、短边振幅B和频率f；
[0015]其中，所述机床上设置有超声椭圆振动设备，所述超声椭圆振动设备包括超声振动电源与超声振动刀柄，所述超声振动电源与所述超声振动刀柄电连接，所述螺纹铣刀安装在所述超声振动刀柄上。
[0016]可选地，在制造强化螺纹的策略中，所述相位差可由公式(1)得出：
[0017][0018]式中f为超声椭圆振动的频率，n为螺纹铣刀回转速度，Z为螺纹铣刀齿数，f
zt
是切向每齿进给量，f
za
是轴向每齿进给量，D
t
是铣刀直径，为相邻两次切削间隔的相位差。
[0019]可选地，所述相邻两次切削间隔的相位差的取值范围为120～240
°
。
[0020]可选地，所述制造强化螺纹的策略还包括：设定负后角熨压比率Pα大于0；
[0021]所述负后角熨压比率Pα，是指在一个波动切削周期内，后角熨压面积相对于一个波形面积所占的比例，所述负后角熨压比率Pα可由公式(2)得出：
[0022][0023]式中Pα是负后角熨压比率，n为螺纹铣刀回转速度，D
t
是铣刀直径，α0′
是刀具后角，f为超声椭圆振动的频率，A是超声椭圆振动的长边振幅，B是超声椭圆振动的短边振幅。
[0024]可选地，所述制造强化螺纹的策略还包括：设定占空比η等于0.5；
[0025]所述占空比η，是指在一个波动切削周期内，切削时间相对于总时间所占的比例，在制造强化螺纹的策略中，所述占空比η可由公式(3)得出：
[0026][0027]式中t为时间，t1为单齿刀尖切入时间，t2为单齿刀尖切出时间，T为一个波动切削周期，η为占空比，S
N
是螺纹铣刀的第N个刀尖的轨迹方程且螺纹铣刀回转速度为n的函数。
[0028]可选地，所述螺纹铣刀的第N个刀尖的轨迹方程且螺纹铣刀回转速度为n的函数为：
[0029][0030]式中x、y、z分别是螺纹铣刀的第N个刀尖在X轴、Y轴、Z轴上的坐标方程，其中，t为时间，D
H
为螺纹直径，D
t
为螺纹铣刀直径，n
t
为螺纹铣刀公转速度，n为螺纹铣刀回转速度，Z为螺纹铣刀齿数，f
a
为螺纹铣刀轴向进给速度，N为螺纹铣刀的刀尖的编号，f为超声椭圆振动的频率，A是超声椭圆振动的长边振幅，B是超声椭圆振动的短边振幅。
[0031]可选地，所述螺纹铣刀公转速度n
t
为40
‑
80mm/min，所述螺纹铣刀的轴向进给速度f
a
为100
‑
400mm/min。
[0032]可选地，所述超声椭圆振动的长边振幅A为2～20μm，所述超声椭圆振动的短边振幅B为2～20μm，所述超声椭圆振动的频率f为18KHz～22KHz。
[0033]可选地，所述超声椭圆振动为：对安装在机床上的螺纹铣刀分别施加两路互相垂直的弯曲振动；两路弯曲振动的运动轨迹又本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法，其特征在于：包括：按照预设的制造强化螺纹的策略对机床进行配置，机床按照策略控制螺纹铣刀一体化切挤加工螺纹；所述螺纹铣刀的刃口钝圆，且在螺纹加工过程中，借助于超声椭圆振动实现螺纹铣刀的切挤操作，且使螺纹铣刀的侧刃后刀面产生负后角熨压区域，用以熨压强化已加工螺纹的螺纹表面；所述制造强化螺纹的策略包括：用于使螺纹铣刀主切削刃断续切削、降低切削力及提高加工精度的相位差用于在螺纹加工过程中使螺纹铣刀的侧刃后刀面产生负后角熨压区域的超声椭圆振动的长边振幅A、短边振幅B和频率f；其中，所述机床上设置有超声椭圆振动设备，所述超声椭圆振动设备包括超声振动电源与超声振动刀柄，所述超声振动电源与所述超声振动刀柄电连接，所述螺纹铣刀安装在所述超声振动刀柄上。2.如权利要求1所述的螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法，其特征在于：在制造强化螺纹的策略中，所述相位差可由公式(1)得出：式中f为超声椭圆振动的频率，n为螺纹铣刀回转速度，Z为螺纹铣刀齿数，f
zt
是切向每齿进给量，f
za
是轴向每齿进给量，D
t
是铣刀直径，为相邻两次切削间隔的相位差。3.如权利要求2所述的螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法，其特征在于：所述相邻两次切削间隔的相位差的取值范围为120～240
°
。4.如权利要求1所述的螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法，其特征在于：所述制造强化螺纹的策略还包括：设定负后角熨压比率Pα大于0；所述负后角熨压比率Pα，是指在一个波动式切削周期内，后角熨压面积占一个波形面积的比例，所述负后角熨压比率Pα可由公式(2)得出：式中Pα是负后角熨压比率，n为螺纹铣刀回转速度，D
t
是铣刀直径，α0′
是刀具后角，f为超声椭圆振动的频率，A是超声椭圆振动的长边振幅，B是超声椭圆振动的短边振幅。5.如权利要求3所述的螺纹结构精强一体化波动式超声铣削方法，其特征在于：所述制造强化螺纹的策略还包括：设定占空比η等于0.5；所述占空比η，是指在一个波...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿大喜，孙哲飞，张德远，应恩泽，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：