針閥棱邊無毛刺加工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械加工技術領域，設及一種針閥棱邊加工工藝。
【背景技術】
[0002] 毛刺是切削加工中重要問題之一，毛刺不僅影響的微觀形貌精度和表面質量，而 且還影響針閥使用性能，特別是對航天發動機中針閥的精密切削加工和超精密切削加工， 毛刺問題更為突出。因此，實現針閥棱邊無毛刺加工工藝是生產實際中急需解決的問題。
[0003] 經對現有技術文獻的檢索發現，徐文撰等人在《航空制造技術》2011年11卷上撰文 "微小孔電化學去毛刺試驗研究"，該方法是將電能與化學能相結合對溶解陽極金屬進行去 毛刺的方法，將工件與電源的正極相連，構成陽極，工具與電源的負極相連，構成陰極，兩極 之間保持一定的加工間隙，其間充滿流動的電解液，當接通電源后，電化學反應開始進行。 加工時，在工件的陽極表面會有氧化膜形成，它可W在一定程度上保護工件陽極。毛刺等凸 出部位電流密度較為集中且氧化膜受電解液沖刷作用容易被剝落去除。但運種方法容易破 壞針閥微觀形貌，降低表面質量。

【發明內容】

[0004] 為了克服現有技術的不足，本發明提供一種針閥棱邊無毛刺加工工藝，基于超聲 波楠圓振動附加在加工針閥的刀具上，使針閥棱邊微觀形貌精度和表面質量明顯提高，而 且還能提高針閥使用性能，滿足實際工程要求。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括W下步驟：
[0006] (1)將僮刀桿一端與具有二維相位可調、振幅可調的超聲波換能器相連，將僮刀固 定在僮刀桿另一端；
[0007] (2)在超聲波換能器上加上正弦波電壓，使得超聲波換能器發生伸縮，產生二維彎 曲振動；
[000引（3)通過調節二維彎曲振動的相位差，在僮刀的刀刃上得到不同方位的超聲楠圓 振動軌跡；
[0009] (4)將超聲波換能器固定在刀架上，隨滑板進行軸向和徑向進給運動，實現針閥內 孔超聲波楠圓振動僮削加工。
[0010] 所述的僮刀桿使彎曲振動增大，在僮刀刀刃處達到長軸10皿、短軸扣m、夾角45°、 諧振頻率20.5曲Z的超聲楠圓振動。
[0011] 本發明的有益效果是:將超聲波楠圓振動附加在僮削刀具上的加工過程與將超聲 波直線振動附加在僮削刀具上的加工過程一樣都具有分離特性，不同的是后者僅是刀具前 刀面與切屑分離，而僮刀后刀面與工件是不分離，而前者不僅是僮刀前刀面與切屑分離，且 刀具后刀面與工件也分離，能有效地減少刀具后刀面的摩擦。另外，將超聲波楠圓振動附加 在僮削刀具上的加工過程還具有另一個重要特性，即僮削刀具前刀面與切屑之間的摩擦力 方向具有反轉特性，運導致徑向僮切力在一個切削周期內出現負值，使平均徑向僮削力大 幅度地減小，特別是徑向僮削力的平均值接近于0。運使將超聲波楠圓振動附加在僮削刀具 上加工過程的針閥棱邊變形區的壓應力和彎曲應力遠小于普通切削時的針閥棱邊變形區 的壓應力和彎曲應力，運表明將超聲波楠圓振動附加在僮削刀具上能抑制針閥棱邊毛刺的 產生，實現針閥棱邊無毛刺加工工藝。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。
[0013] 本發明是通過W下技術方案實現的：本發明在針閥內孔僮削加工中，使僮刀桿產 生長軸：1 Ομπι、短軸:5μπι、夾角:45°、諧振頻率:20.化化左右的楠圓振動。本發明具體步驟如 下：
[0014] (1)將僮刀桿一端與具有二維相位可調、振幅可調的超聲波換能器相連；
[0015] (2)在超聲波換能器上加上正弦波電壓100伏，使得超聲波換能器發生伸縮，產生 二維彎曲振動；
[0016] (3)通過僮刀桿使彎曲振動進一步增大，達到長軸ΙΟμπι、短軸扣m、夾角45°、諧振頻 率20.5曲Z左右的超聲楠圓振動；
[0017] (4)將僮刀固定在僮刀桿另一端，超聲楠圓振動在僮刀處達到最大；
[0018] (5)通過調節二維彎曲振動的相位差，在僮刀的刀刃上得到不同方位的超聲楠圓 振動軌跡；
[0019] (6)將超聲波換能器固定在刀架上，運樣僮刀不僅作楠圓振動，而且還隨滑板進行 軸向和徑向進給運動，實現針閥內孔超聲波楠圓振動僮削加工。
[0020] 本發明當僮削切削刀刃在水平方向上的楠圓振動最大速度大于切削速度時，僮刀 前刀面與切屑和工件均發生分離，通常要把加工條件設定滿足運一條件，因此，超聲波楠圓 振動僮削是一種周期性斷續的切削方法;在每一個切削周期剛開始后，楠圓振動刀具在垂 直方向上的振動速度小于切屑流出速度，刀具前刀面與切屑之間的摩擦力方向與切屑流出 方向相反，阻礙切屑流出；運之后，楠圓振動刀具在垂直方向上的振動速度逐漸增大，當該 方向的振動速度大于切屑流出速度時，刀具前刀面與切屑之間的摩擦力方向發生反轉，與 普通切削和超聲波直線振動切削時不同，運時摩擦力的方向與切屑流出方向相同，促進切 屑流出，導致了背向切削力在一個切削周期內出現負值，使平均背向切削力大幅度地減小， 能有效地抑制針閥內孔僮削中針閥棱邊處毛刺的產生，針閥棱邊微觀形貌精度和表面質量 得到明顯改善，能實針閥棱邊無毛刺精密僮削加工。
[0021] 本發明通過一個正負脈沖函數h(t)表征針閥內孔分離型超聲波楠圓振動僮削過 程：
[0022]
林):'
[0023] 式中；
[0024] t表示加工時間；
[0025] tb表示在一個振動僮削周期內切削開始時刻；
[0026] ti表示在每一僮削周期中僮刀前刀面與切屑之間的摩擦力方向發生反轉開始時 刻；
[0027] te表示在一個振動僮削周期內切削終了時刻；
[002引T表示楠圓振動周期；
[0029] n = 0，l，2......；
[0030] 本發明通過表征針閥內孔分離型超聲波楠圓振動僮削過程的運個正負脈沖函數 和切削加工力學，表征針閥內孔分離型超聲波楠圓振動僮削時針閥棱邊變形區的壓應力和 彎曲應力方程。
[0031] 壓應力方程：
[00創
傑
[0033] 式中，tci、tc2表示在一個楠圓振動周期內楠圓振動切削純的切削時間心1 = 1廣 tb，tc2 = te - ti，kev。表示切削常數，Ψ表示刀具接近角，V。表示切屑流出角，S表示進給量， ω U表示楠圓振動角頻率，ω U = 2灶，f表示楠圓振動頻率。
[0034] 彎曲應力方程：
[0035]
(3)
[0036] 式中，b表示彎曲截面寬度，h表示彎曲截面寬度，ap表示切削深度，1表示切削刃在 工作平面投影長度。
[0037] 壓應力和彎曲應力方程表征了超聲波楠圓振動僮削過程中的分離特性和摩擦方 向反轉特性對抑制毛刺產生有重要的影響。
[0038] 結合本發明方法的內容提供W下切削加工實驗結果。工件材料:高溫合金;刀具材 料:硬質合金;主偏角:25%刀尖圓弧半徑:0.1mm;振動條件:軌跡為楠圓（長軸：10μπι，短軸： 5皿，夾角:45°)，諧振頻率為20.8曲Ζ。
[0039] (1)給兩維超聲波換能器兩片壓電陶瓷片加上正弦波電壓，運兩片壓電陶瓷發生 伸縮，刀具固定在聲波楠圓振動僮刀桿端部，刀具刀刃在此處達到最大的楠圓振動軌跡.設 定主軸轉速為40rev. /min，進給量為0.025mm/rev，切削深度為0.03mm時，切削實驗測試和 分析結果為:針閥內孔Ra內=0.1祉m，圓度:0.53皿，圓柱度:2.5皿，棱邊無毛刺。
[0040] (2)同樣在兩維超聲波換能器兩片壓電陶瓷片加上正弦波電壓，運兩片壓電陶瓷 發生伸縮，刀具固定在聲波楠圓振動僮刀桿端部，刀具刀刃在此處達到最大的楠圓振動軌 跡.設定主軸轉速為50rev. /min，進給量為0.025mm/rev，切削深度為0.03mm時，切削實驗測 試和分析結果為:針閥內孔Ra內=0.2μπι，圓度:0.7祉m，圓柱度:3.52μπι，棱邊光滑無毛刺。
[0041] (3)給兩維超聲波換能器兩片壓電陶瓷片加上正弦波電壓，運兩片壓電陶瓷發生 伸縮，刀具固定在聲波楠圓振動僮刀桿端部，刀具刀刃在此處達到最大的楠圓振動軌跡.設 定主軸轉速為40rev. /min，進給量為0.015mm/rev，切削深度為0.02mm，時，切削實驗測試和 分析結果為:針閥內孔Ra內=0.26皿，圓度:1.0祉m，圓柱度:3.祉m，棱邊光滑無毛刺。
[0042] W上結果表明：本發明的超聲波楠圓振動抑制針閥棱邊毛刺產生的方法，使針閥 棱邊變形區的壓應力和彎曲應力大幅減小。通過實際觀察得知：當刀具上附加上楠圓振動 后，工件表面粗度降低、形狀精度明顯提高、棱邊光滑無毛刺，表明將超聲波楠圓振動附加 在僮削刀具上能抑制針閥棱邊毛刺的產生，實現針閥棱邊無毛刺加工工藝。
【主權項】
1. 一種針閥棱邊無毛刺加工工藝，其特征在于包括下述步驟： (1) 將鏜刀桿一端與具有二維相位可調、振幅可調的超聲波換能器相連，將鏜刀固定在 鏜刀桿另一端； (2) 在超聲波換能器上加上正弦波電壓，使得超聲波換能器發生伸縮，產生二維彎曲振 動； (3) 通過調節二維彎曲振動的相位差，在鏜刀的刀刃上得到不同方位的超聲橢圓振動 軌跡； (4) 將超聲波換能器固定在刀架上，隨滑板進行軸向和徑向進給運動，實現針閥內孔超 聲波橢圓振動鏜削加工。2. 根據權利要求1所述的針閥棱邊無毛刺加工工藝，其特征在于:所述的鏜刀桿使彎曲 振動增大，在鍵刀刀刃處達到長軸1 Own、短軸5μηι、夾角45°、諧振頻率20.5kHz的超聲橢圓振 動。
【專利摘要】本發明提供了一種針閥棱邊無毛刺加工工藝，將鏜刀通過鏜刀桿與具有二維相位可調、振幅可調的超聲波換能器相連；在超聲波換能器上加上正弦波電壓，使得超聲波換能器發生伸縮，產生二維彎曲振動；通過調節二維彎曲振動的相位差，在鏜刀的刀刃上得到不同方位的超聲橢圓振動軌跡；將超聲波換能器固定在刀架上，隨滑板進行軸向和徑向進給運動，實現針閥內孔超聲波橢圓振動鏜削加工。本發明能使針閥棱邊微觀形貌精度和表面質量眀顯提高，而且還能提高針閥使用性能，滿足實際工程要求。
【IPC分類】B23B37/00
【公開號】CN105522184
【申請號】CN201610108680
【發明人】李護林, 張華 , 盧博, 詹海鵬, 趙飛, 強薇, 張鵬, 史永剛, 馬春翔
【申請人】西安航天發動機廠
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年2月26日