CN103273256B - 一种金属表面超声毛化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属表面超声毛化处理方法，（1）制作超声毛化头：该超声毛化头是将一个具有毛化段和超声段的毛化头定位安装在一个支撑座前端，支撑座内设有容纳超声波变幅杆的空腔，毛化头的超声段与变幅杆的前端接触，毛化段的外侧面突出支撑座的前端，以使毛化段与工件表面接触；（2）将超声毛化头安装在超声波金属表面加工装置上，将超声波金属表面加工装置安装在机床上，将工件装夹在机床主轴或工作台上，使超声毛化头与工件表面接触，进行毛化处理。本发明使超声毛化头直接与金属工件表面接触，可在普通机床上完成毛化处理，加工效率高，操作简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对金属工件表面通过超声波振动进行毛化的方法，属于金属表面毛化技术领域。
背景技术
金属表面的毛化处理具有诸多效果，如改变表面形貌、提高表面硬度和耐磨性，减少内应力，减少打滑，提高其使用寿命。如对轧辊毛化后，可使其轧制的钢板在映象清晰度、深冲性及对油漆的附着能力有大幅度改善，有利于冲压成型时储油和捕捉金属碎屑，防止冲压划伤，保证冲压零件表面光整。
目前金属表面的毛化处理工艺主要有喷丸毛化、电火花毛化和激光毛化等。喷丸毛化，是通过将喷丸砂高速打在金属工件表面，使工件表面产生微小坑点或凸起，该方法简单方便、成本低，效率高，但是受喷丸砂粒径与冲击力的影响，使工件表面各处毛化不均匀。电火花毛化是将工件和电极浸没在绝缘性的工作液中通过电火花刻蚀金属工件表面达到毛化目的，该方法投资高，耗能大。激光毛化是采用高能量、高重复频率的脉冲激光束在聚焦后的负离焦照射到轧辊表面实施预热和强化，在聚焦后的聚焦点入射到轧辊表面形成微小熔池，同时由侧吹装置对微小熔池施于设定压力和流量的辅助气体，使熔池中的熔融物按指定要求尽量堆积到融池边缘形成圆弧形凸台（峰值数），如CN021368546公开的《采用激光聚光头阵列的激光毛化机》和CN101117712公开的《轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法》，但是激光毛化同样存在着设备投资大、耗能高的问题。中国专利文献CN101255593公开了《一种金属材料表面毛化处理的方法》,是将一种金属化合物颗粒置于电沉积基础液中通过电沉积实现毛化，操作比较复杂。
超声波技术在毛化处理方面也有应用，如CN1326825公开的《表面微坑超声加工方法》，该方法是采用单个工具头或矩阵工具头或蜂窝状工具头沿摩擦副工作表面径向施加振动频率f＞18kHZ的超声振动，压力大于6N/cm2，在摩擦副工作表面形成深度一致的25％～35％的微坑。根据其说明书的说明，采用以下参数：f＞18kHZ的超声振动，振幅6-28微米，工具头直径0.01-3.5mm，工件转速大于600转/分钟，压力大于6N/cm2，工具头进给量为0.1-3mm/转，但是实际应用时在这些参数下无法形成微坑或者是控制非常严格的情况下才能形成少量微坑，操作比较复杂。
CN98216830.6公开了一种《表面微坑加工装置》，在机架上设有电机、刀杆，电机经皮带轮及皮带接传动轮，传动轮偏心轴与滑块相接，刀杆一端设有滑道并与滑块相接，刀杆另一端设有刀具，刀杆与机架由转动轴相接。该装置结构复杂，操作繁琐。
发明内容
本发明针对现有金属表面超声毛化技术存在的不足，提供一种操作方便、毛化效果好的金属表面超声毛化处理方法。
本发明的金属表面超声毛化处理方法，包括以下步骤：
（1）制作超声毛化头：该超声毛化头是将一个具有毛化段和超声段的毛化头定位安装在一个支撑座前端，支撑座内设有容纳超声波变幅杆的空腔，毛化头的超声段与变幅杆的前端接触，毛化段的外侧面突出支撑座的前端，以使毛化段与工件表面接触；
（2）将超声毛化头安装在超声波金属表面加工装置上，使超声波金属表面加工装置上的变幅杆与超声毛化头的超声段接触，再将超声波金属表面加工装置安装在机床上，将工件装夹在机床主轴或工作台上，使超声毛化头与工件表面接触，进行毛化处理。
所述超声毛化头包括支撑座、定位块和毛化头，支撑座内设有容纳变幅杆的空腔，支撑座的前端设有安装毛化头的安装孔，该安装孔的轴线与支撑座的轴线垂直，毛化头安装在该定位孔中并通过定位块轴向定位；毛化头中至少包括一段毛化段和一段超声段，毛化段的外径大于超声段外径。毛化段的外侧面为弧形毛化面。
本发明使毛化头直接与金属工件表面接触，在超声毛化头表面可直接制作出无规则的毛化凸起或凹坑，不受加工参数的影响，也不需要与其它参数相匹配，避免了激光微坑和《表面微坑超声加工方法》对参数要求严格的问题，可在普通机床上完成毛化处理，加工效率高，操作简单，成本低。
附图说明
图1是本发明中超声毛化头的立体结构示意图。
图2是图1的剖视图。
图3是毛化头的第一种结构形式示意图。
图4是毛化头的第二种结构形式示意图。
图5是毛化头的第三种结构形式示意图。
图6是毛化头的第四种结构形式示意图。
图中：1、变幅杆，2、支撑座，3、定位块，4、毛化头，5、超声段，6、毛化段。
具体实施方式
首先按图1和图2所示的结构制作超声毛化头，该超声毛化头包括支撑座2、定位块3和毛化头4，支撑座2内设有容纳变幅杆1的空腔，支撑座2的前端设有安装毛化头4的安装孔，该安装孔的轴线与支撑座2的轴线垂直，毛化头4安装在该定位孔中并通过定位块3轴向定位。毛化头4呈阶梯轴状，其端部用于定位安装，两端通过支撑座2前端的安装孔和定位块3实现轴向定位。毛化头4的中部设有超声段5和毛化段6，毛化段6的外侧面可以是弧形毛化面（即呈鼓形），也可以是圆柱面，毛化段6的外径大于超声段5，毛化段6的外侧面突出支撑座2的前端，以使毛化段与工件表面接触。毛化段6的外侧面可以经过激光进行毛化处理。如图3至图6所示，可以有多种超声段5和毛化段6的布置方式，图3中设有三段毛化段6和两段超声段5，相邻毛化段之间为超声段，图4中设有两段毛化段6和一段超声段5，两段毛化段之间为超声段，图5和图6中都设有一段毛化段6和一段超声段5，但是图6中的毛化段在整个的毛化头的一端。根据需要，可以设置更多的毛化段6和超声段5。
然后将超声毛化头安装在超声波金属表面加工装置上（如CN101503755公开的《一种用于普通车床的数控超声波加工装置》）、CN202079438U公开的《用于磨床的超声波金属表面加工装置》、CN202072730U公开的《快进式超声波金属表面加工装置》），使超声波金属表面加工装置上的变幅杆1与超声毛化头的超声段接触。再将超声波金属表面加工装置安装在相应的机床上，将工件装夹在机床主轴或工作台上，操纵机床使超声毛化头与工件表面接触，按通常的超声波加工方法进行毛化处理。
用超声毛化头直接对工件上的表面毛化时，毛化头4的表面形貌与工件上所要毛化形成的表面形貌呈反向关系，即工件表面上为微坑的地方，在毛化头4上表现为凸起，这样才能加工出工件所需要的表面形貌。
例如，当毛化轴类工件时，将毛化头4装到超声波金属表面加工装置上，并使毛化头与工件接触，毛化头的转动与工件转动同步，即与工件的线速度相同，这一点与现有其它毛化处理工艺是不同的，这样可提高毛化效率，操作简单，不需要提前计算出相匹配的参数，避免了激光毛化工艺或超声毛化工艺如果参数选择不合理就无法制作出合格的毛化工件的问题。对轴类工件毛化加工时可以采用以下参数：①工件转动线速度大于10米/分钟；②毛化头进给量为0.03～6.33mm/转；③压力大于6N/cm2。
对金属板材或工件平面进行毛化时，将毛化头4装到超声波金属表面加工装置上，并使毛化头与工件接触，工件随机床工作台作进给运动或超声毛化头随横梁或主轴作进给运动，该种加工方式与超声波金属表面加工装置对平面工件进行超声波表面加工原理是一致的。
Claims (2)
1.一种金属表面超声毛化处理方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）制作超声毛化头：该超声毛化头是将一个毛化头定位安装在一个支撑座前端，支撑座内设有容纳变幅杆的空腔，毛化头中包括毛化段和超声段，超声段与变幅杆的前端接触，毛化段的外侧面突出支撑座的前端，以使毛化段与工件表面接触；
（2）将超声毛化头安装在超声波金属表面加工装置上，使超声波金属表面加工装置上的变幅杆与超声毛化头的超声段接触，再将超声波金属表面加工装置安装在机床上，将工件装夹在机床主轴或工作台上，使超声毛化头与工件表面接触，进行毛化处理；
所述超声毛化头包括支撑座、定位块和毛化头，支撑座内设有容纳变幅杆的空腔，支撑座的前端设有安装毛化头的安装孔，该安装孔的轴线与支撑座的轴线垂直，毛化头安装在该安装孔中并通过定位块轴向定位；毛化头中包括至少一段毛化段和至少一段超声段，毛化段的外径大于超声段外径。
2.根据权利要求1所述的金属表面超声毛化处理方法，其特征是：所述毛化段的外侧面为弧形毛化面。
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