[发明专利]薄壁管件形状稳定性加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对薄壁管件进行加工以确保其形状稳定的方法，属于薄壁管件加工技术领域。

背景技术

金属薄壁管件通常壁厚与外径之比小于6%，有的薄壁管件的壁厚只有几十微米，这样的金属薄壁管件通常是拉伸成型，存在非常大的应力，导致零件变形，达不到所要求的形状，并且其内部晶粒发生严重的变形，处于非稳定状态，使得薄壁管件的形状也不稳定。

超声波振动能够消除应力，一般都是在具有一定强度的铸件或焊件上进行，但是在薄壁管件上的应用未见诸报道，薄壁管件形状的稳定性是一项亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明针对现有薄壁管件加工技术存在的不足，提供一种操作方便、能够使管件形状稳定的薄壁管件形状稳定性加工方法。

本发明的薄壁管件形状稳定性加工方法，是：

将薄壁管件套装在芯轴上，使超声波刀具与薄壁管件表面接触并施加预加力，通过超声波刀具对薄壁管件的表面进行高频冲击，这样，超声能通过超声波刀具直接输入到材料内部，使薄壁管件的金属残余应力场被改变，非稳定状态的晶粒变成稳定状态，薄壁管件的形状得到稳定。

薄壁管件的壁厚不大于2.5mm。

预加力为5公斤-50公斤。

本发明采用简单的超声波冲击实现薄壁管件的形状稳定性，取得了意料不到的效果，实际是对工件进行超高频的小振幅微锻造，在微锻造的过程中工件表层金属晶粒产生塑性变形流动，工件表层材料的原子层及微观组织在超声波能量的作用下被激活，使材料的塑性大幅度提高，其内部的晶粒变成稳定状态，确保了薄壁管件形状的稳定。

附图说明

图1是本发明薄壁零件精整方法的原理示意图。

图2是超声波对管壁作用机理示意图。

图中：1、芯轴，2、薄壁管件，3、超声波刀具，4、卡盘，5、顶尖。

具体实施方式

如图1所示，本发明对薄壁管件2的精整方法，是将薄壁管件2套装在芯轴1上，两者的配合为间隙配合，薄壁管件2应紧密套装在芯轴1上，配合间隙以0.01mm-0.03mm为宜，或根据具体情况确定。然后将芯轴1装夹在车床的卡盘4上，如果芯轴1较长的话，其尾端通过顶尖5顶住，采用一夹一顶装夹方式，然后在车床的刀架上安装超声波刀具3，先使超声波刀具3与薄壁管件2表面接触并施加5公斤-50公斤的预加力，通过超声波刀具3的工具头对薄壁管件2的表面进行高频（每秒2万次以上）冲击，超声波冲击时的冲击振幅可定为5μm-25μm，芯轴1转动的线速度为2米/分钟-100米/分钟，超声波刀具的进给量为0.05mm/转-0.9mm/转。这样，超声能通过工具头直接输入到零件材料内部，工件表层材料的原子及微观组织在超声波能量的作用下被激活，使材料的塑性大幅度提高，使金属更容易发生塑性变形，但在超声波去掉后材料又恢复原来的机械性能。同时，工具头实际是对工件进行超高频的小振幅微锻造，在微锻造的过程中工件表层金属产生塑性变形流动，使薄壁管件2的金属残余应力场被改变，非稳定状态的晶粒变成稳定状态。超声刀具对芯轴上的薄壁零件按加工工艺进行加工时，使零件的形状更符合芯轴的形状，如能够达到设计要求的圆度和直线度等形状公差。

超声波刀具3可采用现有文献中提到的结构，如CN1690231公开的《超声波金属表面加工装置》。

如果，所加工的工件不是圆形管件，而是其它形状（如多边形），则应该使用相应形状的芯轴，超声波刀具3的工具头按照工件的形状进行超声波冲击。工具头以一定的轨迹运动是使金属内部晶粒的流动均匀一致，对工件表层进行金属削峰填谷。

图2给出了超声波振动对薄壁管件2的作用机理，中部曲线是超声波能量随作用深度的衰减程度，根据实验，超声波振动对金属工件冲击作用层的厚度最大为6mm，而能产生塑性变形层的的厚度最大为2.5mm，因此本发明将薄壁管件2的壁厚确定为不大于2.5mm。