Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий



Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий

 


Владельцы патента RU 2530680:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет" (ВолгГАСУ) (RU)

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.
Наверх