Установка для ультразвукового упрочнения деталей
1. УСТАНОВКА ДОЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ шарикагми , содержавшая связанный с ультразвуковым генератором через резонатор ., стакан для шариков, закрытый крьнпкой с укрепленной На ней обрабатьшаемой деталью,которая через волновод связана с пьезодатчиком, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности процесса упрочнения, на крышке установлен злектромагнит, связанный с регулируемым источником питания, причем выход пьезодатчика подключен к блоку измерения интенсивности сигнала акустической эмиссии, выход которого подключен к входу регулируемого источника питания через фазовый дискриминатор , второй вход которого подключен к выходу допо.пнительного гене ратора низкой частоты. 2. Установка по п. 1, о т л .и ч а (Л ю щ а я с я тем, что выход блока измерения интенсивности сигнала акустической эмиссии подключен к входу блока сравнения интегральной ёличи .ны интенсивности с заданной величи- . ной, причём выход этого блока связан с цепью управления ультразвукового генератора.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ COUW5
РЕСПУБЛИК аа аи.Q@y В24В10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,;; ° ютт вю Ъ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 36).9903/25-08 (22) 11.07 ° 83 (46) 30.11 85. Бюл. У 44 (7.1) Производственное объединение
"Невский завод" им. В.И.Ленина (72) Д.И.Бавельский, А.В.Иванов, Г.И.Петров и 10.П.Тихомиров (53) 621.9;047(088.8) (56) Козырев В.К., Серебряков В.И.
Прогнозирование и выбор остаточных напряжений в поверхностном слое упрочняемых деталей. Авиационная промышленность> Ф 10; 1980.
Отчет Исследования эффективности . работы прибора для контроля интен" сНВНосТН ультразвукового упрочнения . лопаток ГТД, Ленинград, ПО "Невский завод", 1981. (54)(57) 1. УСТАНОВКА . ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ шарика-.. ми, содержащая связанный с ультразвуковым генератором через резоиа Тор.. Стакан для шариковy закрытый крышкой с укрепленной на ией обрабатываемой деталью, которая через волновод связана с пьезодатчиком, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения стабильности процесса упрочнения, на крышке установлен электромагнит, связанный с регулируемым источником питания, причем выход пьезодатчика подключен к блоку измерения интенсивности сигнала акустической эмиссии, выход которого подключен к входу регулируемого источника питания через фазовый дискриминатор, второй вход которого подключен к выходу дополнительного генератора низкой частоты. ,2 ° Установка по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что выход блока измерения интенсивности сигнала акустической эмиссии подключен к входу блока сравнения интегральной величины интенсивности с заданной величиной, причем выход этого блока связан с цепью управления ультразвукового генератора.
1146921 2
Изобретение относится к технологии машиностроения, а конкретно к области ультразвукового упрочнения. деталей стальными шариками (дробью ).
Целью изобретения является стабилизация процесса упрочнения за счет автоматического регулирования общей массы (количества )шариков, участвующих в упрочняющем воздействии на деталь, и непрерывного контроля ин- !О тенсивности и стабильности процесса упрочнения.
На фиг.1 изображена блок-схема установки для ультразвукового упрочнения, нафиг.2 -типичные зависимос- !5 ти упрочняющего воздействия от количества шариков; на фиг.3 - временные диаграммы работы установки.
Установка содержит резонатор 1 с шариками.(дробью ), связанный с возбудителем 2 ультразвуковых колебаний, закрытый крышкой 3 с укрепленной на ней обрабатываемой деталью 4. Деталь 4 через волновод 5 связана с датчиком 6 ультразвуковых колебаний
25 (пьезодатчиком ). На крышке 3 с наружнои стороны установлен электромагнит 7, связанный с регулируемым источником питания 8. Выход пьезодатчика 6 подключен к входу блока 9 измеЗ0 рения сигнала акустической эмиссии, включающего усилитель 10, полосовой
ВЧ фильтр 11, детектор 12; фильтр низких. частот 13, с выходов которого снимается сигнал, пропорциональный 35 интенсивности акустической эмиссии (A3 ).. С первого выхода сигнал, пропорциональный интенсивности АЭ, поступает на вход амплитудно-фазового.дискриминатора 14, выход которогоподключен.40 к управляющему входу регулируемого источника питания 8. Второй (опорный ) вход дискриминатора 14 подключен к генератору НЧ 15. Тот же вход блока 9 измерения сигнала АЭ подключен к вхо- 5 ду блока 16 сравнения интегральной величины АЭ с установленным блоком 17 задания значением. Выход блока 16 связан с цепью выключения генератора 18., задающего частоту ультразвуковых ко- 50 лебаний и выходом связанного с воз будителем 2. Блок 16 сравнения содер" жит канал измерения интегральной величины интенсивности сигнала акустической эмиссии,:включающий преобразо-55 ватель 19 напряжения в частоту, счетчик 20 и схему 21 сравнения кодов, связанную с блоком 17 задания, представляющим собой устройство набора кода.
Для визуального контроля интенсивности упрочняющего воздействия второй выход фильтра 13, служащий для.получения растянутой шкалы на рабочем участке, подключен к измерительному прибору 22. При работе в резонатор 1 загружается определенная масса шариков (дроби ), закрывается крышкой 3 с установленной на ней обрабатываемой деталью 4. При возбуждении ультразвуковых колебаний резонатора 1 возбудителем 2 шарики в резонаторе 1 начинают соударяться с деталью 4. При этом часть ударов является упругими столкновениями, а часть оказывает упрочняющее воздействие, вызывая иэменение кристаллической решетки в месте удара. В процессе упрочнения принимает участие только оптимальное количество шариков, которое оказывает максимальное упрочняющее воздействие на деталь 4. Остальные шарики, не участвующие в упрочнении, удерживаются электромагнитом 7.
Принцип работы установки поясняется фиг.2, где приведены типичные зависимости интенсивности 3 упрочняющего воздействия, контролируемого по сигналам акустической эмиссии, от количества шариков в стакане, и фиг.3, где показаны временные. диаграммы работы установки при поиске максимума . интенсивности и слежения за этим макс имумом-.
При возбуждении ультразвуковых колебаний резонатора I возбудителем 2, питаемым с ультразвукового -генератора 18,. шарики в резонаторе I путем многократных отскоков от стенок. резонатора, запасающие кинетическую энер-. гию, начинают соударяться с деталью
4, находящейся в полости резонатора 1, таким образом, упрочняя ее.
Часть ударов является упругими. столкновениями, При упрочняющих соударениях шариков с деталью возникают сигналы акустической эмиссии, спектор которых лежит в области частот, в 10100 раз превышающих частоту возбуждения резонатора 1. Этим сигналы (АЭ ) через волновод 5 подводятся к датчику 6 ультразвуковых колебаний, преобразующему их в электрические сигналы. Последние передаются на блок 9 измерения сигналов акустической эмис-.. сии, где они предварительно усилива1146
Типичные зависимости интенсивности упрочняющего воздействия, контролируемого по сигналам АЭ, приведены на фиг.2. Кривые 23, 24 и 25 . SO соответствуют разным условиям измерений, причем мощность и частота ультразвукового генератора 18 при этом постоянны. Кривая 26 поясняет принцип отыскания максимума интенсивности. SS
Допустим, что изменения количества шариков под действием захвата и освобождения части шариков 7 элвктромагз ются усилителем 10, полосовой ВЧ фильтр 11 выделяет из всех сигналов датчики только те, которые соответствуют акустической эмиссии. Детектор 12 преобразует ВЧ сигналы в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде ВЧ сигнала, фильтр 13
НЧ выделяет среднее значение этого напряжения, которое измеряется прибором 22, интегрируется блоком 16, 10 поступает на цепь выделения сигнала поиска максимума интенсивности, включающую фазовый дискриминатор 14 и генератор НЧ 15 °
Как уже было отмечено, положе- 1Я ние максимума и вид зависимости интенсивности от количества шариков зависит от большого числа параметров, однако во всех случаях наблюдается следующая закономерность: при малом числе шариков невелико число ударов о деталь 4, а упрочняющие удары составляют. некоторую часть всех ударов, и число их также невелико. . Увеличение числа шариков приводит 25 к росту общего числа ударов о деталь 4, но и увеличивает долю неупрочняющих соударений. Вначале преобладающее значение имеет рост числа ударов, но при некотором оптимальном числе шариков наступает момент, при котором дальнейшее увеличение числа шариков настолько же снижает долю упрочняющих ударов, насколько увеличивается их общее число (эа счет роста числа соударений между собой}. Дальнейшее увеличение числа шариков приводит к преобладанию неупрочняющих ударов вследствие уменьшения средней энергии шариков, и общая ин» тенсивность упрочняющего воздействия с ростом числа шариков начинает . уменьшаться. При некотором критическом значении числа шариков упрочняющее воздействие вообще прекращается, шарики перестают возбуждаться.
921 4 нитом 7.происходят в пределах участка А. Тогда интенсивность АЭ меняется в пределах 42, причем Ж/dN YO(N — число шариков ). На участке С
dg/йН 1 О, а при положении среднего значения количества шариков и точке В
dI/dN = О. Таким образом, можно построить следящую за максимумом систему, сигналом ошибки которой является корреляционная функция 6 между dI/dt и dN/dt
1 а, аи )0 при N 6 =- (— )(— )ЛС; =0 при N Nont (О при Я7Б р В качестве коррелятора в простейшем варианте можно использовать фазовый детектор с ФНЧ на выходе, как это и сделано в предлагаемой установке. Следует отметить, что коррелятор обеспечивает также отстройку от случайных помех и случайных отклонений М от среднего. Временные диаграммы, приведенные на фиг ° 3, иллюстрируют работу уста-новки при поиске и слежении эа максимумом интенсивности. Кривая 27 показывает среднее значение шариков (пунктир соответствует NzÄ .), кривая 28 отражает количество шариков с учетом положения отклонений от среднего значения, кривые 29 и 30 отражают контролируемое и среднее значение сигналов АЭ, а кривая 31 - напряжение на выходе дискриминатора 14 . в одни и те же моменты времени t. ВЫделенный сигнал с выхода дискриминатора !4 подается на управляющий вход регулятотора и управляет средним значением количества шариков. На опорный вход дискриминатора 14 подается сигнал с генератора НЧ 15 (1-10 Гц ), он же подается на второй вход регулято- ра тока электромагнита 7, вызывая из менение количества шариков ° оказывающих упрочняющее воздействие относительно его среднего значения. Эти изменения вызывают изменение ин тенсивности упрочняющего воздействия, а соответственно, и изменение сигналов АЭ на выходе блока 9. С выхода этого блока сигнал поступает . на вход дискриминатора 14, выходное напряжение которого изменяет среднее значение количества шариков путем изменения тока регулятора таким образом, чтобы уменьшался сигнал на выходе дискриминатора 14. Устойчи« 114б92! вым положением системы является по" ложение вблизи максимума интенсивности. Сигнал интенсивности АЭ поступает также на блок !6, где интегрируется, преобразуется в число импульсов, пропорциональное интегралу интенсивности по времени преобразова« телем 19. Эти импульсы подсчитываются счетчиком 20. При достижении 1 числом импульсов заданного значения на выходе блока 16 появляется команда выключения ультразвукового генератора 18..1 146921 ое. о исарикаФ фиг„3 Составитель.В.Влодавский Редактор О.Юркова Техред И.Асталою Корректор И.Муска Заказ 7043/4 Тираж 768 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д..4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4
