專利名稱：雙液壓等滾壓力的滾壓工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滾壓加工工具，特別是指一種自由表面式滾壓工具，具體是指一種雙液壓等滾壓力的滾壓工具。
背景技術(shù)：
零件的表面質(zhì)量不僅影響其外表的美觀度，而且對零件的耐磨性、耐腐蝕性、耐疲勞性、配合性、承載能力、使用壽命以及能源消耗都產(chǎn)生重要影響。滾壓工藝是一種精密微量塑性加工工藝，可用于取代磨削工藝，對機(jī)械零件表面進(jìn)行鏡面拋光和強(qiáng)化處理。該工藝采用滾壓工具在常溫狀態(tài)下對零件表面施加一定的壓力，使工件表層產(chǎn)生塑性變形，從而修整工件表面的微觀幾何形狀、降低表面粗糙度，同時使零件表層金相組織細(xì)化并產(chǎn)生表面殘余壓應(yīng)力得到表面性能優(yōu)越的精密鏡面工件。滾壓工具從所加工工件的形態(tài)可分為外圓式、內(nèi)孔式和自由表面式，目前大多數(shù)的滾壓工具都屬于前兩者，本發(fā)明所涉及的是后一種滾壓工具。
隨著模具工業(yè)、航天航空工業(yè)的迅速發(fā)展，自由表面零件如模具和渦輪機(jī)葉片等的加工越來越多，對于自由表面的滾壓加工有兩種方式，一種是采用非數(shù)控普通機(jī)床如申請?zhí)枮?0110299.0的中國發(fā)明專利所示，公開了一種金屬滾壓平面塑性精成型工藝及裝置，它將施壓輥安裝在現(xiàn)有的刨床上，利用刨床的動力和傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動施壓輥對已經(jīng)刨削或銑削加工的工件進(jìn)行加工，這種辦法只能解決簡單平面工件的滾壓加工；另一種方法就是采用高精度數(shù)控機(jī)床，通過編程精確控制滾壓工具緊貼工件表面的移動以保持滾壓深度(滾壓力)的基本恒定，它能解決工件表面存在較大起伏時的滾壓加工，例如對復(fù)雜曲面零件的滾壓加工。
這兩種滾壓實現(xiàn)方式存在兩個問題首先，由于滾壓深度一般為絲級，如果預(yù)成形工件存在較大尺寸誤差或機(jī)床精度不夠時，通常很難保持滾壓深度(滾壓力)的基本恒定，因此影響滾壓整體效果，特別是涉及大表面工件的滾壓加工時，這個問題就更嚴(yán)重；其次，后一種方法必須采用高精度數(shù)控機(jī)床，而且對加工工藝要求很高，而中國企業(yè)的機(jī)加工設(shè)備和工藝的水平普遍都較低，這樣就限制了滾壓工藝的適用范圍和使用效果。申請?zhí)枮镈E19951034631的德國發(fā)明專利公開了一種采用高壓冷卻液直接推動滾珠或滾柱施加滾壓力的辦法，當(dāng)工件與滾珠或滾柱接觸，由于預(yù)成形工件尺寸誤差或機(jī)床精度問題發(fā)生微小起伏時，滾珠或滾柱將自動調(diào)整位置解決了在此情況下如何保持滾壓深度(滾壓力)基本恒定的問題。但對于在非數(shù)控普通機(jī)床上，當(dāng)工件表面存在較大起伏時，如何保持滾壓深度(滾壓力)的基本恒定，例如實現(xiàn)復(fù)雜曲面零件的滾壓加工至今尚未解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種當(dāng)工件表面發(fā)生微小起伏或較大起伏時都能保持滾壓深度(滾壓力)基本恒定的滾壓工具。
本發(fā)明的目的是通過如下結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)的它是一種雙液壓等滾壓力的滾壓工具，其特征在于它由小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)和大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)兩部分組成，小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)由滾動體、滾動體保持套、壓緊彈簧和保持套密封圈所組成，大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)主要由壓蓋、前端蓋、帶桿活塞、缸筒和后端蓋所組成；它們的具體連接關(guān)系是滾動體處于與其同中心線的滾動體保持套的圓柱型內(nèi)腔中，滾動體保持套一端開有能使?jié)L動體露出又能阻止其向外脫落的孔，另一端開有與帶桿活塞的活塞桿相配的螺紋孔，保持套密封圈被滾動體保持套壓緊于活塞桿的螺紋軸肩，壓緊彈簧緊壓滾動體于滾動體保持套的開口；壓蓋螺釘將壓蓋緊固在前端蓋上，壓蓋開有與活塞桿為過渡配合的中心孔，前端蓋開有與活塞桿為間隙配合的中心孔，前端蓋與活塞桿的配合部位安裝有防塵圈和活塞桿密封圈，缸筒的兩端通過螺紋安裝有前端蓋和后端蓋，前端蓋密封圈和后端蓋密封圈分別安裝在缸筒的兩端與前端蓋和后端蓋連接處，前端蓋和后端蓋上都開有液壓油進(jìn)出口，活塞密封嵌套在帶桿活塞的活塞上；小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)通過滾動體保持套與帶桿活塞的螺紋連接安裝在大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)的活塞桿上。
所述小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)中的滾動體與滾動體保持套兩者之間是過渡配合；大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)中的帶桿活塞與缸筒之間是間隙配合。
所述小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)和大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)兩者分別設(shè)有獨立運行的液壓系統(tǒng)。
按上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的本發(fā)明與現(xiàn)有的滾壓工具相比具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明的雙液壓等滾壓力的滾壓工具，在滾壓過程中，無論工件表面發(fā)生小的起伏還是大的起伏，均可以保持滾壓深度(滾壓力)的基本恒定，因而可以在非數(shù)控普通機(jī)床上實現(xiàn)自由表面的滾壓加工，并不受工件表面待加工面積大小的影響；(2)本發(fā)明所述的滾壓工具具有廣泛通用性，不受機(jī)床精度和工件預(yù)成形尺寸精度影響，可以通過滾壓工具的自動調(diào)節(jié)功能消除兩者帶來的工件表面起伏對滾壓深度(滾壓力)的影響而保證滾壓效果；(3)本發(fā)明滾壓力調(diào)節(jié)方便準(zhǔn)確，從而可以根據(jù)實際滾壓情形及時甚至在線調(diào)節(jié)滾壓力大小以實現(xiàn)滾壓效果的優(yōu)化；(4)經(jīng)滾壓后的工件加工精度高，其表面光潔度可達(dá)到Ra0.1～Ra1.0(根據(jù)滾壓工藝的特定情形決定)，工件的強(qiáng)度、硬度、耐腐耐磨性能均有顯著提高。


圖1為本發(fā)明實施例的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)簡圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此，滾壓工具的安裝方式需要根據(jù)所用機(jī)床的不同而采用不同的夾緊柄部或工裝。
圖1所示為本發(fā)明的實施例，它是通過如下結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，包括兩個部分一是小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I，由滾動體1、滾動體保持套2、壓緊彈簧3和保持套密封圈4所組成。二是大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II，由壓蓋螺釘5、壓蓋6、防塵圈7、活塞桿密封圈8、前端蓋密封圈9、前端蓋10、帶桿活塞11、活塞密封12、缸筒13、后端蓋密封圈14和后端蓋15所組成。機(jī)構(gòu)I通過滾動體保持套2與帶桿活塞11的螺紋連接安裝在機(jī)構(gòu)II的活塞桿上。
所述小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I，滾動體1處于滾動體保持套2的圓柱型內(nèi)腔中，兩者之間是過渡配合，通過磨合產(chǎn)生微小間隙，滾動體1可以在滾動體保持套2的內(nèi)腔沿中心線移動；滾動體保持套2一端開有能使?jié)L動體1露出又能阻止其向外脫落的孔，滾動體保持套2與滾動體接觸部位為傾斜面以利于滾動體1露出，另一端開有與帶桿活塞11的活塞桿相配的內(nèi)螺紋孔；防止高壓冷卻液泄漏的保持套密封圈4被滾動體保持套2緊壓于活塞桿的螺紋軸肩；壓緊彈簧3緊壓滾動體1于滾動體保持套2的開口。在滾壓過程中，高壓冷卻液通過活塞桿內(nèi)腔進(jìn)入滾動體保持套2，對滾動體1施加滾壓力滾壓加工工件表面，同時高壓冷卻液通過滾動體1和滾動體保持套2的間隙泄漏對工件表面和滾壓工具進(jìn)行冷卻和潤滑。
所述大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II中，壓蓋螺釘5將壓蓋6緊固在前端蓋10上，壓蓋6開有與帶桿活塞11的活塞桿為過渡配合的中心孔，通過磨合產(chǎn)生微小間隙，保證活塞桿平穩(wěn)的滑動；前端蓋10開有與活塞桿為間隙配合的中心孔，配合部位安裝有防止外來粉塵進(jìn)入缸筒的防塵圈7和防止液壓油泄漏的活塞桿密封圈8；缸筒13的兩端通過螺紋安裝有前端蓋10和后端蓋15，前端蓋密封圈9和后端蓋密封圈14分別安裝在缸筒13的兩端面與前端蓋10和后端蓋15連接處，前端蓋10和后端蓋15上都開有液壓油進(jìn)出口，活塞密封12嵌套在帶桿活塞11的活塞上用來隔絕兩端的液壓油。
小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I和大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II分別由高壓冷卻液和液壓油提供滾壓力，兩部分的液壓系統(tǒng)相互獨立運行，液壓控制系統(tǒng)簡圖如圖2所示。
滾壓工具的工作過程如下當(dāng)工件與滾壓工具接觸的表面發(fā)生波動時，由滾動體1在滾動體保持套2內(nèi)的移動和帶桿活塞11在缸筒12內(nèi)的移動相互協(xié)調(diào)動作共同消化波動，從而保持滾壓深度(滾壓力)的基本恒定而保證滾壓效果。特別指出的是當(dāng)工件表面存在較大起伏導(dǎo)致滾壓工具在工件表面上延一定坡度或曲率半徑的表面上下起伏時，大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II是活塞缸筒結(jié)構(gòu)，由于摩擦以及液壓油反應(yīng)速度等問題，有時存在遲滯和爬行等現(xiàn)象使其對載荷變化的反應(yīng)相對比較遲鈍，當(dāng)工件表面坡度較大時，帶桿活塞11常常反應(yīng)過慢，而此時由于小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I的滾動體1移動主要由高壓冷卻液控制不存在遲滯和爬行問題從而優(yōu)先反應(yīng)，然后由帶桿活塞11在缸筒13中的滑動逐漸消化外加起伏，在實際滾壓過程中，滾動體1由高壓冷卻液施加的力通常會設(shè)成比液壓油施加于活塞桿的力大10％左右(由實際滾壓工件形貌和工作環(huán)境決定)，所以在整個滾壓機(jī)構(gòu)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，滾動體1仍然會基本保持頂死狀態(tài)而帶桿活塞11會逐漸消化表面形貌的起伏帶來的滾壓力變化。
小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I中滾動體1的滾壓力F1由冷卻液壓力以及滾動體1的尺寸決定，當(dāng)滾動體1為滾珠時，簡化的滾壓力F1與滾球半徑r和冷卻液壓力P1的關(guān)系為F1＝πr2×P1；當(dāng)滾動體1為滾柱時，簡化的滾壓力F1與滾柱半徑r、滾柱高度h和冷卻液壓力P1的關(guān)系為F1＝2r×h×P1，但由于高壓冷卻液存在泄漏，在實際滾壓加工中，為求得準(zhǔn)確的滾壓力，通常采用試驗標(biāo)定的辦法決定滾壓過程中采用的高壓冷卻液壓力。大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II中的帶桿活塞11的活塞一端通入壓力為P2的液壓油，另一端通入壓力為P3的液壓油，由兩端的液壓和活塞缸體結(jié)構(gòu)決定活塞桿施力的大小而與帶桿活塞11的行程無關(guān)。其施力F2由帶桿活塞11的活塞直徑D和活塞桿直徑d以及活塞兩端的液體壓力P2和P3決定的理論滾壓力F2公式為F2＝0.25π(D2×P3-D2×P2+d2×P2)。
小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I的作用主要有兩個一是當(dāng)工件存在微小的形位誤差時(≤0.03mm)，可以由滾動體的前后移動調(diào)整滾壓的位置；二是當(dāng)工件表面發(fā)生大的起伏時，優(yōu)先反應(yīng)，消除活塞缸筒結(jié)構(gòu)的遲滯和爬行現(xiàn)象帶來的影響。大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II的主要作用是消化由工件表面形貌變化帶來的大位移。
權(quán)利要求
1.一種雙液壓等滾壓力的滾壓工具，其特征在于它由小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I和大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II兩部分組成，小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I由滾動體(1)、滾動體保持套(2)、壓緊彈簧(3)和保持套密封圈(4)所組成，大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II主要由壓蓋(6)、前端蓋(10)、帶桿活塞(11)、缸筒(13)和后端蓋(15)所組成；它們的具體連接關(guān)系是滾動體(1)處于與其同中心線的滾動體保持套(2)的圓柱型內(nèi)腔中，滾動體保持套(2)一端開有能使?jié)L動體(1)露出又能阻止其向外脫落的孔，另一端開有與帶桿活塞(11)的活塞桿相配的螺紋孔，保持套密封圈(4)被滾動體保持套(2)壓緊于活塞桿的螺紋軸肩，壓緊彈簧(3)緊壓滾動體(1)于滾動體保持套(2)的開口；壓蓋螺釘(5)將壓蓋(6)緊固在前端蓋(10)上，壓蓋(6)開有與活塞桿為過渡配合的中心孔，前端蓋(10)開有與活塞桿為間隙配合的中心孔，前端蓋(10)與活塞桿的配合部位安裝有防塵圈(7)和活塞桿密封圈(8)，缸筒(13)的兩端通過螺紋安裝有前端蓋(10)和后端蓋(15)，前端蓋密封圈(9)和后端蓋密封圈(14)分別安裝在缸筒(13)的兩端與前端蓋(10)和后端蓋(15)連接處，前端蓋(10)和后端蓋(15)上都開有液壓油進(jìn)出口，活塞密封(12)嵌套在帶桿活塞(11)的活塞上；小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I通過滾動體保持套(2)與帶桿活塞(11)的螺紋連接安裝在大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II的活塞桿上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙液壓等滾壓力的滾壓工具，其特征在于滾動體(1)與滾動體保持套(2)兩者之間是過渡配合；帶桿活塞(11)與缸筒(13)之間是間隙配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙液壓等滾壓力的滾壓工具，其特征在于小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I和大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II兩者分別設(shè)有獨立運行的液壓系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自由表面式雙液壓等滾壓力滾壓工具。它是由小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)和大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)兩部分組成，兩者分別設(shè)有獨立運行的液壓系統(tǒng)。在滾壓加工過程中，當(dāng)工件由于存在形位誤差或是自由表面帶來加工表面起伏時，小位移微調(diào)機(jī)構(gòu)I中的滾動體和大位移主調(diào)機(jī)構(gòu)II中的帶桿活塞在液體壓力的作用下會根據(jù)滾壓力的變化相互協(xié)調(diào)自動調(diào)節(jié)在滾動體保持套和缸筒中的位置，消化起伏。本發(fā)明在滾壓過程中，無論工件表面發(fā)生小的起伏還是大的起伏，均能保持滾壓力的基本恒定，并具有廣泛通用性不受工件面積、機(jī)床和工件精度影響，經(jīng)滾壓后的工件加工精度高，其表面光潔度可達(dá)到Ra0.1～Ra1.0，工件的強(qiáng)度、硬度、耐腐耐磨性能均顯著提高。
文檔編號F15B21/00GK1974113SQ200610123989
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者夏偉, 李風(fēng)雷, 周照耀, 張?zhí)?申請人:華南理工大學(xué)