Ультразвуковое устройство для упрочнения деталей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

52145 А1 (19) (11) 1511 4 В 24 В 39/04, 39/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г3»q =0 и, =0,523

=2 d щ I

2 (D, -(2d +b ) 5 /d диаметр эоны, где йроизводится окончательное упрочнение и внедреьие материала покрытия в обрабатываемую поверхность, мм; диаметр ударного тела (шара), производящего окончательное упрочнение, мм; диаметр ударных тел (шаров малого диаметра), производящих предваритель-ное деформирование и где D»„

D„, внедрение материала покрытия в обрабатываемую поверхность, мм; толщина стенки переroродки, мм; внутренний диаметр стакана, мм; оптимальное количество ударных тел, производящих предварительное деформирование, шт.

b, D

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3641898/25-27 (22) 03.01.85 (46) 23.08.86, Бк п. № 31 (71) Омский политехнический институт (72) В. О. Курганович, А. В. Телевной и В. H. Лукьянчиков (53) 621.923.77(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 608564, кл. В 06 В 3/00, 1978. (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, содержащее пр образователь, соединенный с волноводом, и рабочую камеру, выполненную в виде стакана, заполненного рабочими шарами и расположенную соосно с волноводом, о т л и ч а ю m, е е с я тем, что, с целью повышения качества обработки и производительности путем одновременного упрочнения и нанесения покрытия, оно снабжено механчэмом подачи покрытия, связанным с рабочей камерой, причем в последней эксцентрично ее оси выполнена дополнительная рабочая камера с одним деформ рующим элементом для внедрения покрытия и окончательного упрочнения, при этом последний расположен в камере с натягом, и одна из стенок дополнительной камеры является общей с основной камерой, а основная и дополнительная камеры выполнены из эластичного упругого материала, причем между размерами рабочих камер и рабочих шаров выдержаны соотношения

1252145 2

Из,; i II t! иге>» к машиностроt II:I» .. и í II к упрочнению металии>и е>и;-;. и >"и при одновремени иои >и>и >ищитиых покрытий (T нери I »и .>t ) е помощью энергии уиь кI>:»>«к»ы:» колебаний, и может быть иеи >иьз >нано ири окончательной обработке плоских, цилиндрических и фасоииых поверхностей трения тяжелонагруженных деталей, Цель изобретения — повышение качества и про»»зло;>итель»»ости эа счет одчонрем.ниого ул:чшеиия и нанесения покрытий.

На фиг. 1 показано устройство в рабочем положении, общий вид; на фиг. 2 и 3 - рабочая камера устройства в двух сечениях; на фиг, 4 — схема монтажа устройства на серийном вертикально-фрезерном станке; на фиг. 5 - »»гноиеш»ая проекция рабочей камеры иа обрабатываемую поверхность с выделенными зонами предварительного (зона I) и окончательного (зона П) ноэде;»ствия на поверхность; иа фиг, 6 (a, S, Ь ) — микропрофили, формируемые от исходного >» в зонах

1 и П (»» 1> coo rpeòñòíå»»но) .

lit>tt . > руки»»я ультр:.>знукового устройства для упрочнеиия деталей (фиг. 1) состоит иэ магнитострикци" оии»го преобразователя I (например, серийного ПМС 15Л-I8), соединенного иоии»>и»дом-концентратором 2, пред.i », и >» >»>»»и»ческий стери >" > .:..ременного сечеГ» .;, > . (свободноI() тори; ». ».> It t;»! р ? с»»абжен выачкой, иро>и. I »t > !I . для установки и фик.алии > . 1. Стакан 3 и>,>но>и»с и из ""IL . > упругого матери;>>и», иащ и;«1 t торопласта, установлен на концентратор 2 со стороны рабочего торца с натягом и упором в торец вытачки, что герметиэирует рабочую зону камеры снизу. Стакан 3 снабжен перегородкой 4, выполненной из того *e материала, что и стакан, разделяющий объем рабочей камеры на две зоны: зону предварительного деформирования и внедрения материала покрытия в обрабатываемую поверхность (фиг. 5, эона I), и зону окончательного упрочнения обрабатываемой поверхности, где происходит глубокое деформирование и внедрение материала покрытия (фиг. 5, зона 11). На рабочем торце концентратора внутри эоны I свободно размещены ударные тела 5, совершающие работу по предварительной поверхности (стальные шарики малого диаметра — д ). Внутри эоны Ц размещено одно ударно тело 6 (шар большого диаметра — П ), осуществляющее окончательное формирование обрабатываемой поверхности, Ударное тело 6 при

10 установке плотно охватывается перегородкой 4, Сверху рабочая камера замыкается поверхностью обрабатываемой детали 7, причем свободный торец стакана 3 плотно прилегает к обра15 батываемой поверхности, чем обеспечивается герметизация рабочей камеры сверху (при обработке цилиндрических. или фасонных поверхностей верхий торец стакана выполняют по профилю по20 верхности). Для этой цели стакан 3 выполняют так, чтобы размер Ь, выступающий над торцом концентратора 2 части (фиг. 2), был на 0,1 — 0,3 мм больше D Для подачи в рабочую каме25 ру материала покрытия (например, взвеси твердой смазки в струе гаэа) стакан 3 снабжен соплом 8 (фиг. и 3) с гибким трубопроводом, связывающим его с бункером, где размещен материал покрытия (не показан), Для обеспечения статического усилия прижима Р, шара 6 к обрабатываемой поверхности устройство снабжено регулируемыми пружинными нагружателями

9, равномерно размещенными по периметру фланца, Устройство в целом посредством специального держателя 10 и фланца на кожухе преобразователя 1 устанавливают на подвижную часть серийного

40металлорежущего стакана 11 (суппорт токарного или стол фрезерного), позволя»ощего осуществлять технологические движения (фиг. 4) в направлении подач S(содержащих, например, шпиль" ку, пружину и две гайки). Деталь при этом закрепляют в приспособлении !2 (например, на планшайбе), устанавли" ваемом в шпинделе 13 станка.

Устройство работает следующим образом.

Магнитострикционный преобразователь 1 устанавливают в держателе 10 .на подвижную часть (стол) станка !1 так, что обрабатываемая деталь 7 накрывает рабочую камеру сверху (фиг. 4). Предварительно в рабочие эоны камеры помещают ударные тела 5 и 6. Размеры и количество ударных!

252145

3 тел должно соответствовать габаритам рабочей камеры и требованиям качества (шероховатости и глубины наклепа) обрабатываемой поверхности, Эксперименты показали, что для обработки стальных деталей наиболее целесообразно испольэовать стальные .шарики d 2 — 4 мм, для цветйых сплавов и алюминия й, 1,6 — 3 мм, причем наибольший эффект предвари- 10 тельного деформирования и нанесения материала покрытия (в экспериментах — твердая смазка дисульфид молибдена) на обрабатываемую поверхность достигается в том случае, когда рас- 15 стояние Ь (фиг. 2) составляет (2—

2,5 с1 . Учитывая, что расстояние h (от торца концентратора до обрабатываемой поверхности) обеспечивается установкой "в распор" по ударному ур телу 6, то его размер D должен быть равен

Э,„= 2 d.

Эксперименты показали, что высокое качество обработки может быть 25 получено лишь в том случае, когда количество ударных тел 5 в зоне Ilip будет соответствовать размерам этой зоны (фиг. 5). Получена эмпирическая зависимость> устанавливающая связь между площадью этой зоны и диаметром ударных тел п,1 0,523 81/Sd,,где п — оптимальное число ударных тел в зоне I, шт,;

S, — общая площадь зоны I;

S > - площадь проекции ударного тела 5 на плоскость.

После соответствующих пр обраэо1 ваний получают формулу для расчета оптимального числа ударных тел в зоне I и 0,523 (D -(2 d +b, ) )/d

После размещения ударных тел в рабочих зонах устройство подводят к детали 7 (эа счет механизмов станка), обеспечивая усилие поджима ударного тела 6 к поверхности детали Р (10-20)H за счет сжатия пружин 9. При этом концентратор 2 ориентируют так, что общая ось зон I и И совпадает с направлением основной подачи S (фиг. 5).Кроме этого, зона I размещается первой по ходу подачи S чем обеспечивается требуемая последовательность воздействия на обрабатываемую поверхность.

Устройство подготовлено к работе.

Включают подачу материала покрытия, питание магннтострикционного преобразователя, технологические движения элементов станка, и обработка на знается.

Подача материала покрытия в устройстве осуществляется в герметиэированную рабоЧую камеру через сопло 8 в струе газа, например аргона, во взвешенном состоянии (фиг. 1, по стрелке В). Сопло 8 размещено в зоне

I, но материал покрытия проникает в зону 11, так как эоны друг от друга не изолированы (фиг. 2), перегородка не контактирует с торцами детали 7 и концентратора 2, зазор h 0,1 d что обеспечивает внедрение материала покрытия в обеих зонах.

Газ, выполняющий роль носителя материала покрытия, должен быть инертным (например, аргон), В этом случае газ вытесняет из рабочей камеры воздух, что препятствует образованию окисной пленки на обрабатываемой поверхности детали и способствует пучшей адгезии материала покрытия.

Преобразование в обрабатываемой поверхности происходит в два этапа (фиг, 6). На гервом этапе поверхность подвергается предварительному воздействию в зоне I. Ударные тела 5 колеблются с ультразвуковой частотой, свободно перемещаясь между поверхностью рабочего торца концентратора и поверхностью детали, Наличие стакана, выполненного из эластичного упругого материала, а также оптимальное их количество и расстояние до обрабатываемой поверхности обеспечивают строго направленное движение шариков по отношению к обрабатываемой поверхности, минимальные потери энергии ультразвука, повышение КПД устройства. Особое значение имеют упругие свойства стакана 3 и перегородки 4.

Эксперименты показали, что несмотря на строгую ориентацию торца концентратора по отношению к поверхности детали, часть свободно колеблющихся шаров движется по траекториям, отличным от нормальных к излучающей поверхности.

Под воздействием свободно летящих баров поверхность сглаживается и предварительно упрочняется (фиг. 6 ).

Удары шаров активируют поверхность и переносииай ими материал покрытия

5 1252

14 внедряегси в микронеровности и хорошо сцепляется с материалом детали.

На втором этапе обработки в зо- не ll материал детали окончательно упрочняется на заданную глубину. При этом создаются глубинные (фиг. 6 ) резервные обьеиы материала покрытия

15, которые вступают в работу при экстремальных условиях эксплуатации поверхности трения детали, что повышает противоэадирную стойкость детали. Воздействие на обрабатываемую поверхность в зоне П обеспечивается шаром 6, колеблющимся с ультразвуковой частотой, которьф деформирует по- 1> верхность детали, работая "в распор".

Такии образом, практически вся энергия, подведенная к шару 6 от торца концентратора, преобразуется в деформацию, чем объясняется значительно большая, чем от воздействия s soне Т, глубина деформации и величина упрочнения. В конечном итоге получается поверхность с чередующейся по заданному закону глубиной внедрения материала покрытия и величиной упрочнения.

Определенное сочетание решимов технологических перемещений устройства (фиг. 1 и 4, подачи S и $, ) позволяет получить поверхность с ре» гулярным иикрорелъефом (фиг. 6Ь) различных участков упрочнения (mar

s,).

Использование предлагаемого ультразвукового устройства для укрочке145 4 ния деталей обеспечивает в сравнении с известным устройством следующие преимущества: возможность совмещения процессов нанесения иатериала покрытия и глубокого упрочнения поверхности детали в одной технологической операции; воэможность избирательной обработки поверхности детали, подверженной наибольшему изнашиванию в эксплуатации; повышение качества упрочненкя эа счет воэмомности управления величиной и глубиной окончательной деформации детали, а такие

sa счет предварительного деформирования этой поверхности; повышение качества наносимого покрытия эа счет активации поверхности детали при предварительном дефориировании, что ведет к улучшению адгеэии материала покрытия к материалу детали; повышение качества покрытия эа счет выравнивания его толщины к возмог" ности регулирования этого параметра процесса посредством управления подачей материала смазки в струе .

rasa повышение КПД устройства эа счет, обеспечения упорядоченного двишения ударкых тел; экономное расхолденке материала покрытия эа счет герметизации рабочей камеры и sos»» мощности избирательной обработки поверхности детали; воэмошность реализации процесса с помощью устройства на серийном оборудовании без его. переделки; исключение возмвкности загрязнения окрушающей среды материалом покрытия.

)252145

125?145

Su8 C

0„

Фиа 3

ФыаФ

1252145

Фиг, 5

Составитель С. Чукаева

Техред А.Кравчук Корректор А. Тяско

Редактор А. Ворович

Заказ 4572/17 Тирам 740 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4