Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использовано при изготовлении металлических изделий с повышенной износостойкостью поверхности. Для повышения эффективности и надежности работы устройство включает ультразвуковой генератор, предназначенный для преобразования физических характеристик переменного тока - частоты, соединенный с магнитострикционным преобразователем, в котором происходит преобразование электромагнитных колебаний в ультразвуковые, на котором жестко смонтирован концентратор, выполненный из металла в виде усеченного конуса и предназначенный для изменения амплитуды ультразвуковых колебаний. На коническом концентраторе установлена и жестко закреплена рабочая камера, снабженная крышкой, заполненная дробью и легирующим веществом. Рабочая камера выполнена в виде металлической чаши, имеющей форму овала в горизонтальном сечении. В верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально расположенные отверстия, в которых размещены подшипники скольжения для закрепления и вращения обрабатываемой детали внутри рабочей камеры. Отверстия в рабочей камере выполнены на расстоянии от низа рабочей камеры, определяемом расчетным путем. Вращение обрабатываемой детали осуществляется от электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использовано при изготовлении металлических изделий с повышенной износостойкостью поверхности.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для упрочнения поверхности металлических изделий, включающее: рабочую камеру с крышкой с выполненным, ней отверстием для закрепления обрабатываемой детали и заполненную металлической дробью и легирующим веществом, ультразвуковой генератор, магнитострикционный преобразователь и ступенчатый концентратор [патент РФ №2287020 - прототип].

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет получить равномерное упрочнение по всей рабочей поверхности обрабатываемой детали, а следовательно, и равномерную износостойкость. Так как деталь в рабочей камере размещается по вертикальной оси, то при таком ее расположении в рабочей камере степень покрытия дробью боковых поверхностей будет меньше, чем торцевых.

Также недостатком устройства является недостаточная надежность за счет использования в устройстве ступенчатого концентратора, который представляет собой металлический стержень переменного сечения, при этом соединение одного сечения с другим является местом концентрации напряжения и, как следствие, источником возникновения трещин.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства за счет конструктивного исполнения, направленного на повышение равномерности упрочнения по всей поверхности обрабатываемой детали.

Техническая задача решается тем, что в устройстве для упрочнения металлических изделий, содержащем ультразвуковой генератор, магнитострикционный преобразователь, концентратор, рабочую камеру с крышкой, заполненную дробью и легирующим веществом, рабочая камера выполнена в виде чаши, в горизонтальном сечении имеющей форму овала, в верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально противоположные отверстия с размещенными в них подшипниками скольжения для закрепления и вращения внутри рабочей камеры обрабатываемого изделия, а концентратор выполнен в виде усеченного конуса, при этом вращение обрабатываемого изделия внутри рабочей камеры осуществляется с помощью электродвигателя, причем скорость вращения обрабатываемой детали:

где τобр - продолжительность процесса обработки; kт=8 - безразмерный коэффициент, определенный опытным путем, который учитывает требуемую скорость поворота детали, при которой происходит полное покрытие дробью и легирующим веществом сегмента детали, равного 1/8 (45°) части детали.

Горизонтальное расположение обрабатываемой детали в рабочей камере на заданном расстоянии L и ее вращение в процессе обработки с заданной скоростью вращения обеспечивают равномерное покрытие дробью и легирующим веществом всей площади обрабатываемой поверхности, обеспечивая равномерное упрочнение, а следовательно, и износостойкость поверхности детали.

Кроме этого, использование в устройстве концентратора, выполненного в виде металлического усеченного конуса, позволяет избежать сосредоточения точек концентрации напряжения, а следовательно, возникновения трещин, что способствует повышению надежности работы устройства.

Таким образом, новым техническим результатом заявляемого изобретения является конструктивное исполнение устройства с горизонтальным расположением обрабатываемой детали внутри рабочей камеры с возможностью ее вращения в процессе обработки, что позволяет обеспечить по сравнению с прототипом равномерное упрочнение всей поверхности обрабатываемой детали, а следовательно, повышает эффективность работы устройства, а использование в устройстве конического концентратора позволяет избежать точек концентрации напряжения в металле, приводящих к возникновении трещин, что способствует повышению надежности работы устройства.

Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом:

- на фиг.1 схематично представлено устройство для обработки поверхности металлических изделий;

- на фиг.2 представлена фотография модифицированного слоя, получаемого в результате деформирования и упрочнения поверхности детали;

- на фиг.3 представлен образец в процессе испытания.

Устройство для обработки поверхности металлических изделий содержит ультразвуковой генератор 1, предназначенный для преобразования физических характеристик переменного тока (частота), соединенный с магнитострикционным преобразователем 2, в котором происходит преобразование электромагнитных колебаний в ультразвуковые, на котором жестко смонтирован концентратор 3, выполненный из металла в виде усеченного конуса и предназначенный для изменения амплитуды ультразвуковых колебаний. На коническом концентраторе 3 установлена и жестко закреплена рабочая камера 4, снабженная крышкой 5, заполненная дробью и легирующим веществом. Рабочая камера 4 выполнена в виде металлической чаши, имеющей форму овала в горизонтальном сечении. В верхней части рабочей камеры 4 выполнены диаметрально расположенные отверстия 6, в которых размещены подшипники скольжения 7 для закрепления и вращения обрабатываемой детали 8 внутри рабочей камеры. Отверстия 6 в рабочей камере выполнены на расстоянии L от низа рабочей камеры, определяемом расчетным путем исходя из математической зависимости:

где χ=0,6 - безразмерный коэффициент, учитывающий взаимодействие дроби между собой; ν ш 1 ν ш 0 = 0,8 - безразмерный коэффициент восстановленной скорости дробинки; νш1 - скорость отскока дроби от детали; νш0 - скорость падения дроби на деталь; mш·gш - вес дробинки; ωу - частота ультразвуковых колебаний; F(z) - сила удара дробинки по обрабатываемой поверхности; mш - масса дробинки; ξ - амплитуда ультразвуковых колебаний.

В процессе обработки осуществляется вращение обрабатываемой детали, при этом скорость вращения определяется с помощью математического выражения:

где τобр - продолжительность процесса обработки; kт=8 - безразмерный коэффициент, определенный опытным путем, который учитывает требуемую скорость поворота детали, при которой происходит полное покрытие дробью и легирующим веществом сегмента детали, равного 1/8 (45°) части детали.

Вращение обрабатываемой детали осуществляется от электродвигателя.

Устройство работает следующим образом.

В рабочую камеру 4 помещают дробь и легирующее вещество, вставляют в технологические отверстия 6 рабочей камеры обрабатываемую деталь 8 и закрывают рабочую камеру крышкой 5. При включении устройства ультразвуковые колебания от магнитострикционного преобразователя 2 передаются в конический концентратор 3, проходя через который изменяют свою амплитуду колебаний за счет переменного сечения конического концентратора. Механические колебания посредством конического концентратора 3 передаются на стенки камеры 4, дробь и легирующее вещество приходят в движение до соударения с обрабатываемой деталью 7. Для равномерной обработки поверхности детали дробью и легирующим веществом всей поверхности обрабатываемой детали 8 в процессе обработки осуществляют ее вращение от электродвигателя.

Пример конкретного исполнения

Для проверки заявляемого устройства был изготовлен опытный образец из стали марки 40X, представляющий собой металлический диск диаметром 51 мм и толщиной 12 мм, который подвергался обработке.

Процесс обработки осуществлялся при следующих режимах: частота ультразвукового поля - 22 кГц, общая масса дроби 20 г, общая масса легирующего вещества 4 г, расстояние L=5 мм, скорость вращения детали - 4 град/сек, продолжительность процесса обработки 90 сек.

Расстояние L было определено следующим образом:

Скорость вращения детали в процессе обработки была определена следующим образом:

Испытания на износостойкость проводили при следующих режимах: скорости вращения детали 750 об/мин, нагрузке в процессе испытания 200 Н и продолжительности испытания 150 мин. Количество повторений испытаний было принято 5 согласно критерию Стьюдента.

Результаты испытаний на износостойкость представлены в таблице.

Примеры Абсолютное значение износа
Прототип Предлагаемое устройство
1 0,28 0,23
2 0,25 0,24
3 0,27 0,22
4 0,26 0,23
5 0,25 0,24

Из анализа результатов испытаний на износостойкость обработанных поверхностей видно, что предлагаемое устройство в сравнении с устройством по прототипу позволяет повысить износостойкость обрабатываемых поверхностей в среднем на 15% за счет более равномерного упрочения обрабатываемой поверхности детали по всей длине и за счет горизонтального размещения детали внутри рабочей камеры.

1. Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий, содержащее ультразвуковой генератор, магнитострикционный преобразователь, концентратор, рабочую камеру с крышкой, заполненную дробью и легирующим веществом, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде чаши, в горизонтальном сечении имеющей форму овала, причем в верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально расположенные отверстия с размещенными в них подшипниками скольжения для закрепления и вращения внутри рабочей камеры обрабатываемого изделия, которое осуществляется с помощью электродвигателя, при этом используется концентратор, выполненный в виде усеченного конуса.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вращение обрабатываемой детали осуществляется со скоростью ϖ,

где τобр - продолжительность процесса обработки; kт=8 - безразмерный коэффициент, учитывающий требуемую скорость поворота детали, при которой происходит полное покрытие дробью и легирующим веществом сегмента детали, равного 1/8 (45°) части детали.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к трубе из аустенитной нержавеющей стали. Труба изготовлена из стали, содержащей, в мас.%: от 14 до 28% Сr и от 6 до 30% Ni.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитной нержавеющей стали, используемой для изготовления труб. Сталь содержит в мас.%: Cr: от 15,0 до 23,0% и Ni: от 6,0 до 20,0%, а ее поверхность покрыта обработанным слоем с высокой плотностью энергии, в котором микроструктура и граница кристаллического зерна не различимы.

Изобретение относится к области технологии сварки и служит для снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе автоматической сварки. .

Изобретение относится к области технологии сварки. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве пружин из стали. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам поверхностного пластического деформирования (ППД) твердыми частицами, и предназначено для упрочнения поверхностей деталей, например шеек и галтелей коленчатых валов двигателей, компрессоров, изготовленных из железоуглеродистых сплавов.

Изобретение относится к области ультразвуковой релаксационно-упрочняющей, сопровождающейся пластическим деформированием и озвучиванием обрабатываемой поверхности ультразвуком, и пассивирующей обработки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например строительстве мостов, судостроении, нефтяной и газовой промышленности, для ультразвуковой релаксационно-упрочняющей обработки металлоконструкций, например околошовных зон и швов сварных соединений и других поверхностей.

Изобретение относится к области ультразвуковой обработки сварных соединений стыков труб трубопроводов. .
Изобретение относится к способу алюминотермитной сварки рельсов. .
Изобретение относится к способу сварки рельсов давлением с подогревом. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к финишной обработке деталей. Осуществляют вращение детали и воздействие на ее поверхность устройством для ультразвуковой финишной обработки с деформирующим элементом.

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию деталей с помощью обкатных роликов. Ролик содержит два деформирующих элемента с профильным радиусом 0,5…5 мм, расположенных относительно друг друга со смещением в радиальном направлении на величину 0,01…0,1 мм как к оси ролика, так и от нее.

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию деталей с помощью обкатных роликов. Ролик содержит деформирующий элемент, имеющий радиус постоянной величины, равный 1…10 мм, и цилиндрическую часть, расположенную со смещением в радиальном направлении относительно вершины деформирующего элемента на величину Δ=0,01…0,5 мм.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки металлов поверхностным пластическим деформированием нежестких длинномерных деталей.

Изобретение относится к ролику накатного инструмента. Ролик расположен в корпусе на болте между головкой болта и крышкой с возможностью свободного вращения.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к поверхностному упрочнению изготовленных из ферромагнитных материалов зубчатых колес. Осуществляют монтаж одного зубчатого колеса на валу, а другого - на оси.

Изобретение относится к устройствам обкатывания крупных резьб и архимедовых червяков. Устройство содержит игольчатые ролики, опертые на две промежуточные самоустанавливающиеся тороконические шайбы.

Изобретение относится к области деревообрабатывающей промышленности, в частности к устройствам для нанесения покрытия на профиль. Машина для нанесения покрытия на профиль содержит конвейерный тракт для профиля и множество держателей, расположенных вдоль конвейерного тракта.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к формообразованию наружных резьб пластическим деформированием. Сообщают вращательное движение заготовке и осевую подачу резьбонакатной головке.

Способ относится к комбинированной обработке точением и поверхностным пластическим деформированием цилиндрической поверхности вращающейся заготовки. Для повышения производительности формирования в поверхностном слое заготовки остаточных сжимающих напряжений обработку ведут токарным резцом и размещенным с отставанием относительно вершины резца в направлении движения продольной подачи шаровидным деформирующим элементом более высокой твердости по сравнению с твердостью материала обрабатываемой заготовки, установленным в акустическом концентраторе, через осевой канал которого подводят СОЖ.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для накатывания сетчатых рифлений и упрочнения поверхностного слоя методом пластического деформирования. Устройство содержит накатную головку, в которой закреплены попарно четыре ролика. Каждая пара роликов размещена на одной общей оси. Ролики в паре соединены между собой при помощи двух штифтов. Штифты установлены в одну из пяти пар штифтовых отверстий, выполненных под различными углами относительно оси симметрии ролика на внутренней боковой поверхности. В результате обеспечивается возможность получения различного регулярного микрорельефа на поверхности детали. 10 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использовано при изготовлении металлических изделий с повышенной износостойкостью поверхности. Для повышения эффективности и надежности работы устройство включает ультразвуковой генератор, предназначенный для преобразования физических характеристик переменного тока - частоты, соединенный с магнитострикционным преобразователем, в котором происходит преобразование электромагнитных колебаний в ультразвуковые, на котором жестко смонтирован концентратор, выполненный из металла в виде усеченного конуса и предназначенный для изменения амплитуды ультразвуковых колебаний. На коническом концентраторе установлена и жестко закреплена рабочая камера, снабженная крышкой, заполненная дробью и легирующим веществом. Рабочая камера выполнена в виде металлической чаши, имеющей форму овала в горизонтальном сечении. В верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально расположенные отверстия, в которых размещены подшипники скольжения для закрепления и вращения обрабатываемой детали внутри рабочей камеры. Отверстия в рабочей камере выполнены на расстоянии от низа рабочей камеры, определяемом расчетным путем. Вращение обрабатываемой детали осуществляется от электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Наверх