Устройство для ультразвукового упрочнения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) В 24 В 1/04/, В 24 С 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

??,,8

?г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2! ) 3534277/25-08 (22) 06.01.83 (46) 30.01.85. Бюл. № 4 (72) И. А. Стебельков, В. В. Кононов и А. В. Кулем и н (53) 621.9.047 (088.8) (56)1. Авторское свидетельство СССР

¹465052,,кл. В 24 В 31/06, 1969.

2. Авторское свидете .?ьство СССР № 608564, кл. В 06 В 3/00; В 24 С 1/10, 1974 (прототип) . (54(57) 1. УСТРОИСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ содержащее ультразвуковой преобразователь с концентратором, соединенным с камерой, в которую помещены рабочие инструменты в виде шариков, отличаюЩееся тем, что, с целью повышения производительности при обработке кольцевых деталей, камера вы„„SU 1136887 А полнена в виде части полого тора, внутренняя поверхность которого служит для размещения рабочих инструментов и детали, а на наружной поверхности, симметрично плоскости, проходя?пей через бог??и?и?й диаметр тора, выполнен кольцевой вы«гуп. ?iри этом ?пири??а еольцевоГО в??«ту??а Htе ??рень?шает торовой чd«Tè. а длина средней д п? сечения тора кратна целому числу четвертей длины изгибной волны в стенке тора.

2. Устройство по и. 1, от.г?? чаю???,ееея тем, что, с целью получения равномерного распределения амплитуд смещении по окружности тора. площадь поперечного сечения цилиндрического выступа плавно умс??ьшаегся в обе стороны от места соединения камеры с концентратором.

3. Устройство по п. 1, от.шчающеее.? тем, что по высоте торовой части на стороне. противоположной месту соединения камеры с концентратором, выполнен паз.

1136887

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию деталей машин при помощи кинетической энергии перемещающихся рабочих тел, например стальных шариков, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известно устройство для ультразвукового упрочнения деталей, содержащее рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрического стакана, к дну которого прикреплен источник ультразвуковых колебаний, а с противоположного горцa с зазором, меньшим размера рабочих тел, помещенных на дно стакана, установлен фланец для закрепления обрабатываемой детали, причем высота и периметр цилиндра кратны четверти длины поперечной и продольной ультразвуковых волн в материале камеры (1).

Известно также ультразвуковое устройство для упрочнения деталей, содержащее источник ультразвуковых колебаний, соединенный с волноводом, выполненным в виде тонкостенного цилиндрического стакана, на тонкостенной части которого через кольцевой фланец закреплена рабочая камера с .цилиндрической поверхностью, при этом диаметр камеры превышает наружный диаметр стакана-волновода, на дно которого помещены шарики, а с противоположной стороны, с зазором относительно торца рабочей камеры, установлено приспособление для закрепления обрабатываемой детали (2) .

Недостатком известного устройства является то, что при упрочнении крупногабаритных дисковых деталей диаметром 500—

1500 мм, когда требуется обрабатывать не всю поверхность детали, а только некоторые, более нагруженные части, например зубья венца шестерен или межпазовые выступы дисков компрессора и турбины газотурбинного двигателя, для создания рабочего объекта камеры, озвучиваемой ультразвуковыми колебаниями, приходится использовать металлоемкие конструкции. Кроме того, при обработке этих деталей требуется перестановка детали и повторная обработка для упрочнения поверхностей с другой стороны, что снижает производительность и ухудшает качество обработки поверхностей, дважды подвергающихся упрочнению.

Цель изобретения — повышение производительности ультразвукового упрочнения дисковых деталей за счет одновременной обработки всей упрочняемой заготовки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем ультразвуковой преобразователь с концентратором, соединенным с камерой, в которую помещены рабочие инструменты в виде шариков, камера выполнена в виде части полого тора, 55 меры или эксцентрично ей, и деталь приводится во вращение, крышка 12 закрывается. После включения преобразователя

1 ультразвуковые колебания передаются конвнутренняя поверхность, которого служит для размещения рабочих инструментов и детали, а на наружной поверхности, симметрично плоскости, проходящей через больший диаметр тора, выполнен кольцевой выступ, при этом ширина кольцевого выступа не превышает высоты торовой части, а длина средней дуги сечения тора кратна целому числу четвертей изгибной волны в стенке тора.

Кроме того, с целью получения равномерного распределения амплитуд смешений по окружности тора, плошадь поперечного сечения цилиндрического выступа плавно уменьшается в обе стороны от места сое15 динения камеры с концентратором.

По высоте торовой части на стороне, противоположной месту соединения камеры с концентратором, выполнен паз.

На чертеже схематически изображено

20 предлагаемое устройство для ультразвукового упрочнения дисковых деталей, разрез.

Устройство содержит источник ультразвуковых колебаний — магнитострикционный преобразователь 1 со ступенчатым концентратором 2. На последнем закреплена

25 рабочая камера 3, выполненная в виде части полого тора 4 высотой Н, переходящей в цилиндрический выступ 5 шириной 1 .Длина средней дуги 6 сечения торовой части 4 кратна целому числу четвертей длины изгибной волны в стенке тора 4. Цилиндрический выступ 5 в нижней части 7, соединенной с концентратором 2, имеет высоту

h и эта высота постепенно плавно уменьшается до величины h в верхней части 8 выступа. По высоте торовой части на стороне 9, прямопротивоположной месту 10 ввода колебаний, на расстоянии, равном целому четному числу четвертей длины изгибной волны от этого места, выполнен паз 11.

Глубина его взята в пределах 0,2 — 0,8 толщины сечения стенок выступа 5 и части

40 тора 4.

Устройство имеет съемные крышки 12 и 13, создающие закрытый объем камеры

3. Крышки установлены с воздушным зазором 14 относительно тора. Приспособление

45 для закрепления обрабатываемой детали

16 выполнено в виде шпинделя 15 специального механизма, обеспечивающего необходимые перемещения детали при наладке и обработке (не показан). В камеру 3 засыпаны рабочие инструменты — шарики 17.

Устройство работает следующим образом.

Снимается крышка 12, деталь 16 закрепляется на шпинделе 15 специального механизма, обеспечивающего вращение детали 16 в процессе обработки по оси ка1136887

Составитель В. Дрожалова

Редактор С. Лисина Техред И. Верес Корректор М. Леонтюк

Заказ 10372/7 Тираж 769 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 центратору 2, который возбуждает колебания в кольцевом выступе 5 и оболочке части тора 4. Под воздействием ультразвуковых колебаний инструменты — шарики 17 получают скорость, равную колебательной скорости стенки части тора 4, и ударяют по поверхности обрабатываемой детали 16, упрочняя ее. После окончания обработки колебания отключаются, крышка 12 снимается, деталь 16 заменяется новой деталью.

Выполнение рабочей камеры 3 в виде

10 части полого тора позволяет проводить равномерную и одновременную обработку дисковых деталей, имеющих нагруженные части, например зубья венца шестерни, межпазовые выступы дисков компрессора и пр., так как только такой профиль рабочей камеры позволяет равномерно охватить всей излучающей поверхностью обрабатываемые части детали, показанной на фиг. 1. Если выполнить поверхность каме20 ры в виде эллипса, гиперболы или другои геометрической фигуры, то охват дисковой детали по окружности будет неравномерным.

Расстояние пролета шариков от излучающей поверхности до зубьев шестерен, например, будет различным, равно как и удар 25 ,в разных частях по окружности излучающей поверхности.

Кольцевой выступ 5 позволяет увеличить акустическую жесткость оболочки и тем самым увеличить амплитуду колебаний ее стенок. Так как оболочка имеет большие . 30 размеры, то происходит затухание колебаний в материале тора и уменьшение амплитуды колебаний в верхней ее части. Чтобы компенсировать это уменьшение, площадь попер, ного сечения кольцевого выступа выполнена плавно уменьшающейся в обе стороны от места соединения камеры с концентратором.

Длина средней дуги 6 сечения торовой части выбирается равной кратному целому числу четвертей длины изгибной волны, 40 так как именно в этом случае наблюдается резонансный режим работы всей колебательной системы и, следовательно, интенсивная и равномерная обработка деталей по всей поверхности. Ширина кольцевого выступа не должна превышать высоты торовой части и длины изгибной волны в оболочке тора, так как в противном случае возникает резкая неравномерность распределения амплитуд по ширине выступа: в месте ввода колебаний будет резкий максимум амплитуды, а на периферии стенки оболочки резкое уменьшение.

Наличие паза 11, выполненного со стороны наружной поверхности цилиндрического кольца по всей высоте торовой части на стороне 9, прямо противоположной месту

10 ввода колебаний, на расстоянии, равном целому четному числу четвертей длины изгибной волны от этого места, позволяет акустически «развязать» правую и левую части тора и стабилизировать частотную характеристику. В результате устанавливается более равномерное распределение амплитуд по окружности тора и, следовательно, более равномерная обработка детали.

Вращение заготовки внутри устройства предусмотрено по следующим причинам.

При колебаниях шарики подхватываются мощным акустическим потоком, им также сообщается вертикальная скорость при уда- ре о стенку и шарики, оказываясь в верхней части устройства,.упрочняют заготовку.

Однако вследствие силы тяжести шарики все-таки в большей мере оказываются внизу устройства и могут более интенсивно упрочнять именно нижнюю часть детали.

Чтобы этого не происходило, заготовка равномерно вращается.

Одновременность упрочнения всех поверхностей сложнофасонных элементов дисковой детали позволяет уменьшить продолжительность обработки путем отсутствия переустановки и повторного упрочнения, а также путем повышения удельной работоспособности ударов по обрабатываемой поверхности в единицу времени.