Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления



Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
Способ обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком смеси сжатого воздуха и газообразных химических реагентов и устройство для его осуществления
C21D1/74 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2651841:

Ольшанский Олег Владимирович (RU)

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения эксплуатационных свойства режущего инструмента и деталей проводят химико-термическую обработку деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком сжатого воздуха путем нагрева до температуры от 150 до 450 С° и охлаждения деталей в газовой смеси, состоящей из воздуха и газообразных химических реагентов, при этом нагрев и охлаждение деталей осуществляют в резонаторной камере при давлении 1.5-4.5 атм и воздействии на детали циркулирующим потоком сжатого воздуха на резонансной частоте в диапазоне 500-5000 Гц, а концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет: по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%. Обработку проводят в устройстве, содержащем герметичную цилиндрическую камеру, имеющую подъемную крышку, центробежный воздушный нагнетатель с двигателем, расположенный по центру камеры, размещенные внутри камеры аксиальные резонаторные камеры с щелевыми соплами, каждая из которых имеет нагреватель, заслонку щелевого сопла с приводом ее поворота для регулирования ширины отверстия для прохождения воздушного потока от упомянутого нагнетателя, воздуховоды для циркуляции воздушного потока от резонансных камер до нагнетателя, датчики акустической вибрации и температуры, блок управления с таймером, на вход которого поступают сигналы от упомянутых датчиков из каждой камеры, а к выходам его подключены двигатель воздушного нагнетателя, приводы заслонок, датчик давления, электроклапаны подачи и сброса давления в цилиндрической камере и подъемно-поворотное устройство для подъемной крышки, газовая камера, имеющая трубопровод со штуцерами и электромагнитными клапанами для подачи в нее воздуха и газообразных химических реагентов, а также датчики, определяющие концентрацию газообразных химических реагентов, при этом в зоне воздушного нагнетателя герметичной камеры размещен электромагнитный клапан подачи газовой смеси от газовой камеры, а датчик газовой камеры связан с упомянутым блоком управления. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, инструментальному производству и машиностроению и может быть использовано для упрочнения инструмента, работающего на предельных механических нагрузках, а также для производства деталей с износостойкой поверхностью.

Изобретение также может использоваться при обработке изделий из цветных металлов и сплавов, высокотемпературных металлов и сплавов, для упрочнения поверхности сложных изделий - сверла, штамповая оснастка, лопатки турбин.

Отличительной особенностью способа является нагрев и охлаждение деталей непосредственно в резонаторной камере в условиях акустического резонансного воздействия при совместной термоакустической и химической обработки изделий, когда дополнительно создаются условия для поверхностного химического воздействия путем введения газообразных химических реагентов, таких как метан, водород, азот и аммиак, а также их смесей в состав воздушного потока.

Способ обработки металлических деталей при объемной релаксации и упрочнения поверхности в условиях акустического резонансного воздействия при совместной термической и химической обработке назван авторами - способ ТАХО.

Известно, что термоакустическая обработка улучшает эксплуатационные свойства режущего инструмента и деталей, главное отличие которой от уже имеющихся методов заключается в том, что упрочение в результате термоакустической вибрационной обработки происходит по всей глубине металла, а значит, металлорежущий обработанный инструмент подлежит повторному использованию (заточке), сохраняя все заданные свойства и принося, таким образом, дополнительный экономический эффект. Кроме того, технология и оборудование являются простыми, экологически чистыми и безопасными.

При такой термоакустической обработке происходят структурные превращения в металлах, изменение их физико-химических свойств, упрочение металлов и сплавов без изменения формы и размеров деталей, а также сокращение времени, необходимого для достижения заданного упрочения, уменьшение расходуемой энергии.

Термоакустическую обработку инструментальной стали проводят при проведении ее отпуска. В акустическом поле ускоряется развитие структурных и фазовых превращений, сокращается длительность цикла обработки инструмента. За счет этого повышаются твердость, прочность, износостойкость, ударная вязкость материала инструмента.

При этом акустическое воздействие в заявляемых способах и устройствах может быть осуществлено в широком диапазоне частот и мощности звука в пределах проявления и поддержания акустического резонанса в рабочей камере.

Известна обработка инструментальной стали в условиях акустического резонансного воздействия, внутри объемной камеры с воздействием на заготовки воздушной струей. Изучено структурное состояния инструментальной стали после обработки и имеющиеся выводы позволяют оценить перспективы такой технологии. Научно технический отчет УДК 621.78.621.785.5 Код ГРНТИ 53.49.21.55.21.99 раскрывает суть технологии и технические аспекты подтверждающие ее работоспособность.

Показано, что обработка инструментальной стали способствует развитию диффузионных процессов, интенсифицирует распад мартенсита с выделением и коагуляцией карбидов цементитного типа, приводит к уменьшению упругих искажений кристаллической решетки (пересыщенного твердого раствора - мартенсита). При этом одновременно с распадом мартенсита (превращением мартенсита закалки в мартенсит отпуска) происходит распад остаточного аустенита - его превращение в мартенсит отпуска. Количество остаточного аустенита уже после однократной обработки по уменьшается с 25-27% до 2-3%. Данный способ обработки, способствует карбидо образованию с выделением промежуточных карбидов (например, Fe2C) и последующим образованием, ростом и коагуляцией стабильных (равновесных) карбидов (например, Fe3C, а также легированного цементита). Такая обработка ускоряет перераспределение точечных дефектов и повышение степени совершенства кристаллической решетки. Кроме того, она вызывает перераспределение атомов легирующих элементов, прежде всего, углерода и азота в твердом растворе с образованием микро неоднородностей состава.

В течение непродолжительного времени, благодаря виброакустическом обработке металла происходит дораспад остаточного аустенита и довыделение карбидов в готовом инструменте (в закаленной отпущенной инструментальной стали), что самым благоприятным образом сказывается на служебных свойствах инструмента. Выделившиеся карбиды очень дисперсны (незначительны по размерам) и когерентно связаны с матрицей. Кристаллическая решетка карбида естественным образом связана с решеткой мартенсита - отсутствует большеугловая граница перехода: карбид-матрица, что способствует низкой травимости и выявляемое этих карбидов.

Данный способ воздействия интенсифицирует перегруппировку и выстраивание дислокаций в стенки, тем самым, снимая фазовый наклеп, возникающий в результате закалки и сохраняющийся после традиционных отпусков. В результате плотность дислокаций в матрице значимо не меняется, снижаются внутренние (закалочные) напряжения и инструментальная сталь приобретает некоторый запас вязкости - становится менее хрупкой.

Обработка металла по также инициирует перегруппировку точечных дефектов, возникающих при закалке стали. Уменьшение искаженности кристаллической решетки и, как следствие, определенное снижение прочности компенсируется дисперсионным упрочнением в результате довыделения из раствора наночастиц карбидов, когерентно связанных с матрицей.

В результате виброакустической обработки твердость, как и прочность инструментальной стали, практически не меняется, однако, инструмент приобретает запас вязкости и, самое главное, повышенную износостойкость. Последнее обусловлено присутствием нано размерных частиц карбидов в структуре инструментальной стали, подвергнутой данной обработке.

Таким образом, обработка инструментальной стали методами акустических воздействий, ускоряя структурные процессы, характерные для распада пересыщенного твердого раствора, полученного закалкой - мартенситным превращением, создает определенные особенности структурного состояния инструментальной стали. Структура обработанного по инструмента, например, похожа на структуру традиционно отпущенной инструментальной стали, но в то же время отличается по следующим показателям:

Наличию в мартенсите высокодисперсных нано размерных карбидов (легированного цементита) с кристаллической решеткой, когерентной решетке матрицы, что создает дополнительное дисперсионное упрочнение стали,

Меньшей искаженности кристаллической решетки из-за перегруппировки точечных дефектов и дислокаций, что приводит к снижению прочности и повышению вязкости стали,

Наличию субструктуры из-за выстраивания дислокаций в стенки и их миграции, что почти не влияет на разупрочнение,

Пониженным внутренним (закалочным) напряжениям, что создает дополнительный резерв вязкости,

Минимальному содержанию остаточного аустенита,

Наличию микро неоднородностей состава мартенсита из-за перераспределения углерода и азота, что практически не влияет на эксплуатационные свойства инструментальной стали.

Заявленный способ ТАХО, а также устройства по реализации этого способа полностью соответствуют концепции отличаются обеспечением гарантированного воспроизведения заданных параметров инструмента после обработки для широкого круга деталей, расширяя зоны ее применения.

Известны также методы и оборудование для обработки режущего метало инструмента с целью его упрочения и увеличения износостойкости. Это, например, химико-термическое, лазерное и плазменное упрочение, воздействие ультразвука и магнитного поля, плазменная обработка.

Известны способ и устройство по патенту США US 3622404 С1, C2D1/04 1971 г., являющийся наиболее близким аналогом. В соответствии с заявленным решением акустический вибрационный способ снятия напряжений использует технологию обработки деталей в резонансной камере с определением максимальной величины амплитуды звуковых колебаний при которой наступает резонанс и определение оптимального нахождения обрабатываемых деталей в камере.

В устройстве по упомянутому способу имеются: возможность регулировки частоты вибрации звуковых колебаний в камере, за счет изменения количества воздуха, устройства контроля и управления процессом релаксации деталей. Однако к недостаткам указанного устройства можно отнести невозможность воспроизводства параметров обработки, быстрое охлаждение деталей в потоке обдуваемого воздуха и большие энергетические затраты на поддержание резонанса в открытой камере.

Известен способ и устройство термоакустической вибрационной обработки, инструмента и деталей, например, по патенту RU 2040551 С1, C2D1/04, C21D 9/22 1995 г., который может быть прототипом, включающий нагрев до температуры, не превышающей температуру отпуска, и упрочнение, которое осуществляют в резонаторе в течение 5-10 мин в звуковом поле с частотой колебания 2-4 кГц. Устройство, работающее в соответствии со упомянутым способом - содержит узел нагрева выполненный в виде отдельной печи, узел деформации в виде системы, генерирующей звуковое поле, имеющей ресивер, резонатор с вибрирующим клином и устройство подачи сжатого воздуха, при этом ресивер выполнен в виде металлического короба со щелью на стене с регулируемым зазором в пределах 12 мм, резонатор закреплен на стенке короба со щелью, причем вибрирующий клин установлен на уровне щели. Это устройство содержит рабочую резонансную камеру, установленную на одной из ее стенок в верхней части, дополнительную камеру, выполненную с возможностью подключения ее полости к источнику сжатого воздуха и соединенную с полостью резонансной камеры посредством щелевого сопла, и пластину, установленную в резонансной камере на уровне щелевого сопла для создания акустических колебаний и выполненную с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно щелевого сопла для регулирования частоты ее колебаний. Пластина с нижней стороны по всей ее длине имеет параллельные направляющие пазы и установлена на стенках резонансной камеры таким образом, что кромки параллельных стенок резонансной камеры расположены в направляющих пазах с возможностью возвратно-поступательного перемещения пластины относительно щелевого сопла для регулирования частоты ее колебаний. Изобретение позволяет повысить износостойкость обрабатываемых деталей и инструментов за счет увеличения мощности колебательных движений в резонансной камере и производительность процесса обработки деталей. Время нахождения деталей в камере определяется опытным путем от 10 минут до 2 часов.

При работе устройства требуется обеспечить расход большого количества воздуха от постоянно работающего компрессора, быстрое остывание деталей ограничивает время пребывания нагретой заготовки в камере, повышенный шум и отсутствие средств контроля за состоянием изделия в камере ограничивают область применение данного оборудования.

К недостаткам известных способов и реализованных устройств можно отнести отсутствие нагрева заготовок непосредственно в резонансной камере. Так в технологии работы устройства по прототипу указано; Концевые фрезы диаметром 8 мм и весом 50 г, каждая из стали Р18, нагревают в печи до температуры 350°С за 10 минут. Извлекают фрезы из печи и помещают в резонансную камеру как можно быстрее, стараясь сохранить температуру инструмента около 350°С. Нагрев осуществляют в специальных контейнерах, которые потом транспортируют к резонансной камере.

Также в этом устройстве невозможно осуществить точную настройку на резонансную частоту. Такая функция не предусмотрена в оборудовании, нет контроля частоты в резонаторной камере, контроля температуры и давления, а также таймера для управления процессом релаксации. Все эти операции осуществляются персоналом и поэтому велик уровень технологического брака и не повторяемости качества из-за высокой вероятности индивидуального влияния оператора на технологический процесс.

В упомянутых устройствах функция автоматической настройки на частоту неосуществима по причине отсутствия датчиков акустической вибрации и автоматической настройки резонанса, а также контроля температуры внутри резонансных камер и ее регулировки.

Геометрия существующих резонансных камер представляет собой прямоугольный куб, с входным щелевым соплом, - известно, что такая конструкция камеры для возбуждения резонансных колебаний требует повышенных энергетических затрат их за внутренних турбулентных областей в углах камеры.

Известные нам способы и устройства характеризуются ограниченными возможностями контроля и управления в создании гарантированных упрочненных слоев и регулярного микрорельефа поверхности обрабатываемых деталей, низким КПД, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности.

Существенное расширение способа акустической резонансной обработки - дает способ ТАХО - при котором возможно с применением совместного химического воздействие на обрабатываемые изделия в среде газовых реагентов, таких как азот, водород, аммиак, метан.

Известно значительное повышение влияния химического состава атмосферы в воздушном потоке на разогретые до определенной температуры детали и инструмент, находящийся резонансном состоянии. Совместная термоакустическая и химическая обработка по способу ТАХО в резонансной камере является новым направлением и позволяет получить изделия со свойствами, которые невозможно получить при других способах производства инструментов.

Например, процесс азотирования является очень эффективным методом упрочнения, повышения предела усталости и износостойкости, а также повышения коррозионной стойкости различных изделий из легированных сталей (штамповый инструмент, режущий инструмент и т.д.). Газовое азотирование заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя азотом в атмосфере частично диссоциированного аммиака.

Известен способ двухступенчатого газового азотирования стальных изделий, включающий обработку в диссоциированном аммиаке при двух ступенях нагрева исходных заготовок.

Известен также способ нитроцементации деталей из теплопрочных сталей в эндотермической атмосфере с добавкой природного газа и аммиака при их предварительной термической обработки для эффективного воздействия газовой среды.

Известно устройство для газовой низкотемпературной химико-термической обработки стали и сплавов по патенту России №2109080 С1, МПК4 С23С 8/24 которое относится к устройствам для газовой низкотемпературной химико-термической обработки сталей и сплавов, в частности к устройствам для газового азотирования и газовой нитроцементации металлических изделий. Установка содержит электропечь с муфелем, либо без муфеля, емкость с аммиаком магистрали подвода и отвода газов, устройство смещения и порционирования газов, а на магистрали подвода газов к электропечи установлена емкость с катализатором. Изобретение позволяет совершенствовать имеющиеся технологии низкотемпературной химико-термической обработки сталей и сплавов и разрабатывать новые технологические процессы с целью повышения долговечности деталей машин и инструмента.

Известен способ управления процессом химико-термической обработки металлов газами по патенту России №1392141 А1 (51) МПК4 С23С 8/24. Изобретение относится к обработке поверхности металлического материала диффузией аммиака через поверхность, в частности к области диффузионного насыщения поверхностного слоя элементами из газовой фазы. Существо изобретения заключается в том, что в процессе обработки измеряется расход аммиака, степень диссоциации аммиака анализатором, температура в печи, температура газов, на выходе из печи, а обработанные изделия имеют повышенные прочностные характеристики и износоустойчивость при эксплуатации.

Известен способ, являющийся прототипом, химико-термической обработки изделий из инструментальных сталей по патенту России №2025539 С1 (51) МПК5 С23С 8/32 включающий нагрев до температуры обработки в эндотермической атмосфере с добавлением аммиака, выдержку при этой температуре в атмосфере, содержащей азот, и охлаждение изделий, отличающийся тем, что нагрев до температуры обработки проводят в два этапа, вначале до температуры 480-500°С в среде эндогаза, затем до температуры 560-580°С в среде, содержащей 50% аммиака и 50% эндогаза, а выдержку при этой температуре и этом составе среды выполняют в течение 0,5-1,0 ч, затем при этой же температуре проводят выдержку 0,5-1,0 ч в газовой смеси, состоящей из 25% аммиака и 75% азота, после чего охлаждают изделия до 480-500°С в газовой смеси, состоящей из 10% аммиака и 90% азота, и выдерживают при этой температуре в атмосфере азота 1,5-2,0 ч.

Однако известные нам устройства и способы являются сравнительно длительными и малопроизводительными процессами, а также не они обеспечивает высокого качества обработки, повторяемости требуемых параметров и гарантированного повышения износостойкости поверхностного слоя изделий из инструментальных сталей, поскольку в процессе обработки изделия не подвергаются воздействию акустического резонанса и не находятся в релаксационном состоянии.

К недостаткам известных описанных способов и устройств также можно отнести:

Невозможность осуществления контролируемого процесса акустического воздействия в условиях резонансной камеры при термоакустической обработке изделий.

Быстрое снижение температуры заготовок из-за большого объема холодного воздуха поступающего в камеру от компрессора и невозможность осуществить режим термостабилизации в процессе обработки, что снижает качество продукции и не позволяют гарантировать заданные параметры обработанных изделий.

Невозможно использовать положительное влияние химического состава атмосферы в воздушном потоке в на детали и инструмент, находящийся в условиях резонансного акустического воздействия в процессе обработки изделий.

Сложно реализовать процесс автоматизации при загрузке и разгрузке резонаторной камеры из-за разнесенных основных технологических процессов - нагрева и акустической обработки.

Сильная акустическая зашумленность - воздух высокого давления попадая в камеру вызывает повышенный шум на высоких частотах.

Повышенный расход воздуха и постоянная работа компрессорных установок не позволяют уменьшить производственные затраты. Для уменьшения воздействия шума в производственных помещениях где работают такие камеры дополнительно сооружают звукоизоляционные перегородки и используют шумозащитные мероприятия и шумоизоляционные материалы.

Существенные энергетические затраты - за счет постоянной работы компрессора для обеспечения акустического резонанса в камере.

Большая доля ручных операций и необходимость в присутствии оператора.

Предлагаемые способы и устройства, основанные на их реализации лишены указанных недостатков.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей устройств, реализующих заявляемые способы, упрощение конструкции резонансной камеры, снижение себестоимости изготовления и трудоемкости эксплуатации, повышение стойкости обрабатываемого инструмента, производительности и качества обрабатываемой поверхности, повышение КПД установки, повышение глубины упрочненного слоя и высокой степени автоматизации процесса обработки поверхности, а также гарантированное воспроизведение технологических параметров для обеспечения качества обработанных изделий.

Не маловажное значение имеет и тот факт, что в процессе реализации способа ТАХО в резонансном состоянии значительно уменьшается диапазон температур для обработки изделий, что позволяет существенно снизить энергетические затраты.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявленных способах:

1. При обработке металлических деталей по способу ТАХО для реализации совместной термоакустической и химической обработки изделий в камере при условиях акустического резонансного воздействия дополнительно создаются условия для поверхностного химического воздействия путем введения газообразных химических реагентов, таких как Водород, Метан, Азот и Аммиак, а также их смесей в состав воздушного потока, при этом: концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет: по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%,

В заявленных устройствах, по осуществлению указанного способа поставленная цель решается благодаря тому, что:

1. Устройство осуществляющее работу по способу ТАХО, выполнено в виде герметично закрывающейся цилиндрической камеры, с подъемной крышкой, в центре которой расположен центробежный воздушный нагнетатель, а также, внутри камеры размещены аксиальные резонаторные камеры в которые помещаются обрабатываемые изделия, резонаторные камеры также имеют устройства для подогрева деталей в виде электронагревателей, поворотные заслонки щелевого сопла для регулирования ширины входного отверстия с целью установления режима резонанса воздушного потока поступающего от нагнетателя и его поддержания при изменении внутренних параметров в резонаторной камере в процессе работы, а также датчики акустической вибрации, температуры, имеется также блок управления устройством с таймером, на вход которого поступают сигналы от упомянутых датчиков из каждой камеры, а к выходам которого подключены двигатель воздушного нагнетателя, привода поворотной заслонки, регулирующий ширину входного отверстия в резонаторных камерах для управления режимом поддержания резонанса, а также имеются воздуховоды для циркуляции воздушного потока от резонансных камер до нагнетателя, датчик давления, и клапана подачи и сброса давления в цилиндрической камере и подъемно-поворотное устройство для крышки. Нагревательные элементы в вариантах устройства могут быть размещены на подъемной крышке цилиндрической камеры и в донной части резонаторных камер, обеспечивая равномерный нагрев заготовок. Для реализации совместной термоакустической и химической обработки изделий в камере при условиях акустического резонансного воздействия дополнительно создаются условия для поверхностного химического воздействия путем введения газообразных химических реагентов, таких как Водород, Метан, Азот и Аммиак, а также их смесей в состав воздушного потока, при этом: концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет: по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%,

2. Устройства для осуществления способа ТАХО для термоакустической и химической обработки изделий в цилиндрической камере, который позволяет создать условия для химического воздействия путем введения реагентов такого воздействия в состав воздушного потока, для чего в цилиндрической камере непосредственно в зоне воздушного нагнетателя дополнительно устанавливают электромагнитные клапана подачи газа метана и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи метана, и метановый датчик определяющий уровень метана в воздушной среде, блок управления устройством дополнительно содержит субблок управления, к которому непосредственно включен метановый датчик и, электромагнитные клапана подачи газа метана.

3. Вариант устройства для осуществления способа ТАХО для термоакустической и химической обработки изделий в цилиндрической камере, который позволяет создать условия для химического воздействия путем введения реагентов такого воздействия в состав воздушного потока, для чего в камеру непосредственно в зоне воздушного нагнетателя устанавливают электромагнитные клапана подачи газа водорода и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи водорода, и водородный датчик определяющий уровень водорода в воздушной среде, блок управления устройством дополнительно содержит субблок управления, к которому непосредственно включен водородный датчик, электромагнитные клапана подачи газа водорода.

4. Вариант устройства для осуществления способа ТАХО для термоакустической и химической обработки изделий в цилиндрической камере, который позволяет создать условия для химического воздействия путем введения реагентов такого воздействия в состав воздушного потока, для чего в камеру непосредственно в зоне воздушного нагнетателя устанавливают электромагнитные клапана подачи газа азота и аммиака и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи азота и аммиака, для диссоциации аммиака дополнительно устанавливают катализационный блок, и кислородный датчик определяющий уровень азота в воздушной среде, блок управления устройством дополнительно содержит блок управления параметрами, к которому непосредственно включен кислородный датчик, электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака.

5. Вариант устройства для осуществления способа ТАХО для термоакустической и химической обработки изделий в цилиндрической камере который позволяет создать условия для химического воздействия путем введения реагентов такого воздействия в состав воздушного потока, для чего в камеру непосредственно в зоне воздушного нагнетателя устанавливают электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака, водорода и метана и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи водорода, метана, азота и аммиака, для диссоциации аммиака дополнительно устанавливают катализационный блок, и кислородный датчик определяющий уровень азота в воздушной среде, дополнительно устанавливают датчики водорода и метана, блок управления устройством дополнительно содержит блок управления параметрами, к которому непосредственно включен газоанализатор по аммиаку, и газовые датчики по определению концентрации азота, водорода, метана, кислорода, электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака, водорода и метана.

С целью идентификации технологии термоакустической и химической обработки изделий при условиях акустического резонанса,

Способ совместной термоакустической и химической обработки назван авторами способ ТАХО или в латинской транскрипции TACT (thermo-acoustic chemical treatment).

Сущность предложенных способов заключается в том, что:

1. Для объемной релаксации и упрочнения поверхности при совместной термоакустической и химической обработки в условиях резонансного воздействия по способу ТАХО - осуществляется обработка изделий в камере при условиях акустического резонансного воздействия их обработка осуществляется при воздействии потока сжатого воздуха и для обеспечения объемной релаксации и упрочнения поверхности деталей, находящихся в резонаторной камере создаются условия акустического резонансного воздействия в диапазоне 500-5000 Гц путем рециркуляции воздушного потока с производительностью воздушного нагнетателя от 10 до 100 м3/мин при повышенном давлении в диапазоне 1.5-4.5 атм, и дополнительно создаются условия для термического воздействия путем непосредственного нагрева деталей и для поверхностного химического воздействия путем введения газообразных химических реагентов и их смесей, таких как Водород, Метан, Азот и Аммиак, а также их смесей в состав воздушного потока, при этом: концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет: по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%,

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта по пунктам 1 заявленного способа и достигаемым техническим результатом показано в таблице №1.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемых способов и достигаемым техническим результатом

Сущность технических устройств для реализации способов заключается в том, что:

1. Устройство, осуществляющее работу по способу ТАХО, выполнено в виде герметично закрывающейся цилиндрической камеры, с подъемной крышкой, в центре которой расположен центробежный воздушный нагнетатель, а также внутри камеры размещены аксиальные резонаторные камеры, в которые помещаются обрабатываемые изделия, резонаторные камеры также имеют устройства для подогрева деталей в виде электронагревателей, поворотные заслонки щелевого сопла для регулирования ширины входного отверстия с целью установления режима резонанса воздушного потока поступающего от нагнетателя и его поддержания при изменении внутренних параметров в резонаторной камере в процессе работы, а также датчики акустической вибрации, температуры, имеется также блок управления устройством с таймером, на вход которого поступают сигналы от упомянутых датчиков из каждой камеры, а к выходам которого подключены двигатель воздушного нагнетателя, привода поворотной заслонки, регулирующий ширину входного отверстия в резонаторных камерах для управления режимом поддержания резонанса, а также имеются воздуховоды для циркуляции воздушного потока от резонансных камер до нагнетателя, датчик давления, и клапана подачи и сброса давления в цилиндрической камере и подъемно-поворотное устройство для крышки и имеет нагревательные элементы, например высокотемпературные ТЭНЫ на подъемной крышке цилиндрической камеры и/или в донной части резонаторных камер.

2. Устройство, работающее по способу ТАХО для совместной термоакустической и химической обработки изделий, у которого создаются условия для химического воздействия путем введения реагентов в состав воздушного потока, для чего в цилиндрической камере непосредственно в зоне воздушного нагнетателя дополнительно устанавливают электромагнитные клапана подачи газа метана и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи метана, и метановый датчик, определяющий уровень метана в воздушной среде, блок управления устройством дополнительно содержит субблок управления, к которому непосредственно включен метановый датчик и, электромагнитные клапана подачи газа метана.

3. Вариант устройства, работающего по способу ТАХО для совместной термоакустической и химической обработки изделий, у которого создаются условия для химического воздействия путем введения реагентов в состав воздушного потока, для чего в цилиндрической камере непосредственно в зоне воздушного нагнетателя устанавливают электромагнитные клапана подачи газа водорода и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи водорода, и водородный датчик, определяющий уровень водорода в воздушной среде, блок управления устройством дополнительно содержит субблок управления, к которому непосредственно включен водородный датчик, электромагнитные клапана подачи газа водорода.

4. Вариант устройства работающего по способу ТАХО для совместной термоакустической и химической обработки изделий, у которого в создаются условия для химического воздействия путем введения реагентов в состав воздушного потока, для чего в камеру непосредственно в зоне воздушного нагнетателя устанавливают электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи азота и аммиака, для диссоциации аммиака дополнительно устанавливают катализационный блок, и кислородный датчик, определяющий уровень азота в воздушной среде, блок управления устройством дополнительно содержит блок управления параметрами, к которому непосредственно включен кислородный датчик, электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака.

5. Вариант устройства работающего по способу ТАХО для совместной термоакустической и химической обработки изделий, у которого в создаются условия для химического воздействия путем введения реагентов в состав воздушного потока, для чего в камеру непосредственно в зоне воздушного нагнетателя устанавливают электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака, водорода и метана и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи водорода, метана, азота и аммиака, для диссоциации аммиака дополнительно устанавливают катализационный блок, и кислородный датчик, определяющий уровень азота в воздушной среде, дополнительно устанавливают датчики водорода и метана, блок управления устройством дополнительно содержит блок управления параметрами, к которому непосредственно включен газоанализатор по аммиаку, и газовые датчики по определению концентрации азота, водорода, метана, кислорода, электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака, водорода и метана.

Достижение технического результата, реализованное в устройствах по заявленному способу, возможно благодаря тому, что: устройства, работающие по способу ТАХО, выполнены в виде герметично закрывающейся цилиндрической камеры, с подъемной крышкой. В центре расположен центробежный воздушный нагнетатель, а также внутри камеры размещены аксиальные резонаторные камеры, в которые помещаются обрабатываемые изделия. Резонаторные камеры также имеют устройства для подогрева деталей в виде донных электронагревателей, которые также могут располагаться и/или на подъемной крышке. Резонаторные камеры имеют поворотные заслонки щелевого сопла для регулирования ширины входного отверстия с целью установления режима акустического резонанса воздушного потока поступающего от нагнетателя и его поддержания при изменении внутренних параметров - температуры или давления в процессе работы. В резонаторных камерах размещены датчики акустической вибрации, температуры. Блок управления устройством имеет программируемый таймер. На входы блока управления поступают сигналы от упомянутых датчиков из каждой резонаторной камеры, а к выходам подключены двигатель воздушного нагнетателя, привода поворотных заслонок, регулирующие ширину входного отверстия в резонаторных камерах для управления режимом поддержания акустического резонанса. Для обеспечения рециркуляции также имеются воздуховоды, передающие воздушный поток от резонансных камер до нагнетателя, датчик давления, и клапана подачи, и сброса давления в цилиндрической камере. Подъемно-поворотное устройство для крышки, закрывающей камеру, позволяет осуществлять герметизацию устройства при работе под давлением, а поворот крышки дает возможность оператору возможность загрузки и разгрузки резонаторных камер. Дополнительно в зону цилиндрической камеры непосредственно в зоне воздушного нагнетателя устанавливают электромагнитные клапана и штуцера для присоединения газовых трубопроводов для подачи газов метана, или водорода, или азота и аммиака, соответственно и датчики-газоанализаторы определяющие уровни метана или водорода, или азота и аммиака, соответственно в воздушной среде. Блок управления устройством дополнительно содержит субблок управления, к которому непосредственно включены упомянутые датчики и, электромагнитные клапана подачи газов. Для диссоциации аммиака устанавливают катализационный блок, и кислородный датчик определяющий уровень азота в воздушной среде, блок управления устройством дополнительно содержит субблок управления параметрами, к которому непосредственно включен кислородный датчик, электромагнитные клапана подачи газов азота и аммиака.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта по пунктам 2-5 и достигаемыми техническими результатами показано в таблице №2.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемых устройств и достигаемым техническим результатом

Совместные термическое, акустическое и химическое воздействие в заявляемых способе и устройствах может быть осуществлено в широком диапазоне частот и мощности воздушного потока в пределах проявления и поддержания акустического резонанса в резонаторной камере с одновременным нагревом или при фиксированной температуре и химическим воздействием в газовой среде.

Технология и оборудование являются простыми, экологически чистыми и безопасными, а также обеспечивают сокращение времени, необходимого для достижения заданного упрочения, уменьшение расходуемой энергии, повторяемость результатов обработки при гарантированном заданном качестве обработанных деталей.

Предложенные устройства и варианты по способу ТАХО приведены на Фиг. 1-4 и состоят из:

1 - Герметическая камера, 2 - Подъемно-поворотная крышка, 3 - Резонаторная камера, 4 - Привод поворотной заслонки, 5 - Поворотная заслонка, Воздушный нагнетатель: 6 - Лопасти нагнетателя, 7 - Мотор нагнетателя, 8 - Нагревательное устройство в донной части резонаторных камер или на крышке - над резонаторными камерами, 9 - Подъемно-поворотное устройство, 10 - Датчик давления, 11 - Датчики температуры, 12 - Датчики вибраций, 13 - Входной патрубок с электроклапаном, 14 - Выходной патрубок с электроклапаном. 15 - Каналы для воздухообмена.

В зависимости от способа обработки изделий варианты устройства могут быть оснащены различными блоками и элементами:

17 - Датчик концентрации метана, 18 - Датчик концентрации водорода, 19 - Датчик концентрации азота, 20 - Датчик концентрации кислорода, для определения уровня аммиака в воздушной среде. 21 - Патрубок с электроклапаном для подключения метана, 22 - Патрубок с электроклапаном для подключения водорода, 23 - Патрубок с электроклапаном для подключения азота, 24 - Патрубок с электроклапаном для подключения аммиака, 25 - Патрубок с электроклапаном для подачи воздуха. 26 - Газовая камера для подготовки газовой среды, 27 - Катализационный блок для диссоциации остатков аммиака в герметичной камере, 28 - Контейнер для фиксации деталей в резонаторной камере, в которые помещают обрабатываемые изделия 29 - Субблок 1 предназначен для управления вариантом устройства, работающего по способу ТАХО с моногазом, 30 - Субблок 2 предназначен для управления вариантом устройства, работающего по способу ТАХО с газовой смесью, 31 - Блок управления для работы по способу ТАХО для варианта моногазового устройства, 32 - Блок управления для работы по способу ТАХО для варианта устройства с комбинированной многокомпонентной газовой смесью. 33 - Пульт управления (П.У.) с Кнопками управления и Задатчиками для управления работой устройства.

Перечисленные выше элементы выполнены следующим образом и имеют следующие особенности:

1. Герметическая камера, выполнена из металла в виде цилиндра, в донной части которого установлены компоненты устройства. Нижняя полость камеры имеет полости для обеспечения рециркуляции воздушного потока через резонансную камеру. Внутри камеры создается давление в пределах 1.5-4.5 атм.

2. Подъемно-поворотная крышка обеспечивает герметизацию камеры. При подъеме и в повернутом положении открыт доступ к внутреннему объему и в этом положении возможно обслуживание камеры и загрузка или разгрузка деталей

3. Резонаторные камеры, размещенные в донной части цилиндра коаксиально и представляют собой модифицированные камеры Гельмгольца для генерации гармонических акустических колебаний при наступлении резонансных эффектов от движущихся воздушных потоков.

4. Привод поворотной заслонки: Привод поворотной заслонки выполненный как мотор-редуктор обеспечивает ее вращение вокруг вертикальной оси в рабочем секторе меняя сечение входного отверстия резонаторной камеры,

5. Поворотная заслонка меняет свое положение, что вызывает акустические колебания с определенной частотой и амплитудой. Модуляции воздушного потока в входном сечении - вызывают акустические колебания внутри резонаторной камеры. Роль поворотной заслонки при настройке - найти такое положение, при котором внутри камеры наступает резонанс. В зависимости от объема воздуха, температуры, давления, скорости воздушного потока, геометрии обрабатываемых изделий внутри камеры при определенном положении заслонки наступает резонанс, соответствующий максимуму амплитуды гармонических колебаний. Частота акустический колебаний может достигать значений в диапазоне 500-5000 Гц.

6. Воздушный нагнетатель, состоящий из профилированных лопастей, закреплен на цилиндрической трубе, через которую обеспечивается рециркуляция воздушных потоков из резонаторных камер в зону забора воздушного потока нагнетателем.

7. Мотор нагнетателя, расположенный на подъемно-поворотной крышке обеспечивает вращение лопастей с необходимой частотой и мощностью, для создания внутри герметичной камеры воздушного потока.

8. Нагревательные устройства в донной части резонаторной камеры, выполнены из высокотемпературных электронагревателей (ТЭН) для обеспечения рабочих температур в диапазоне 150-450 С°. Такие же нагреватели могут устанавливаться и на подъемно-поворотной крышке.

9. Подъемно-поворотное устройство, пневмоцилиндр с механизмом поворота обеспечивает герметичное соединение крышки камеры и по всему периметру камеры и внутренним периметрам резонаторных камер. Давление на входы цилиндра подается через встроенные пневмо-электроклапаны от внешнего источника сжатого воздуха.

10. Датчик давления, установленный внутри герметичной камеры, регистрирует давление воздушного потока внутри герметичной камеры.

11. Датчики температуры, установленные в резонансных камерах, регистрируют температуру нагрева заготовок.

12. Датчики акустической вибрации, установленные в резонаторных камерах, снимают информацию о частоте акустических колебаний и с их помощью регистрируют наступление акустического резонанса.

13. Входной патрубок с электроклапаном, установленный на подъемно-поворотной крышке в зоне забора воздушного нагнетателя, предназначен для подачи сжатого воздуха или воздушной смеси в герметичную камеру.

14. Выходной патрубок с электроклапаном обеспечивает сброс давления внутри герметичной камеры и утилизацию остатков казовой среды в камере.

15. Каналы для воздухообмена обеспечивают внутреннюю рециркуляцию воздушной массы при работе устройства.

В зависимости от способа обработки изделий варианты устройства могут быть оснащены различными блоками и элементами:

Устройства для работы по способу ТАХО имеют модификации в зависимости от вариантов и следующие элементы:

17. Датчик концентрации метана для определения уровня метана.

18. Датчик концентрации водорода для определения уровня водорода.

19. Датчик концентрации азота для определения уровня азота.

20. Датчик концентрации кислорода, определяющий уровень аммиака в воздушной среде.

21. Патрубок с электроклапаном для подачи метана.

22. Патрубок с электроклапаном для подачи водорода.

23. Патрубок с электроклапаном для подачи азота.

24. Патрубок с электроклапаном для подачи аммиака.

25. Патрубок с электроклапаном для подачи воздуха.

26. Газовая камера для подготовки газовой среды имеет входные патрубки с электроклапанами для подачи воздуха и рабочих газов, датчики концентрации газов. Выходной патрубок этой газовой камеры подключается к входному патрубку с электроклапаном, герметичной камеры, установленному на подъемно-поворотной крышке устройства. Подготовленная газовая смесь из газовой камеры подается в герметичную камеру в процессе работы устройства по способу ТАХО.

27. Катализационный блок предназначен для диссоциации остатков аммиака в герметичной камере. Нейтрализатор аммиака обеспечивает нейтрализацию остатков аммиака в атмосфере герметичной камеры после обработки изделий, при нагреве аммиака до температуры диссоциации.

28. Контейнер для фиксации деталей в резонаторной камере, в которые помещают обрабатываемые изделия. Контейнер может быть выполнен из керамики, металла, для одиночных или групповых заготовок. В связи с различной геометрией обрабатываемых деталей чертежи контейнера 28 не приводятся, и его форма может быть произвольной, но обеспечивающей надежную фиксацию детали в резонаторной камере.

29. Субблок 1 предназначен для управления вариантом устройства работающего по способу ТАХО с моногазом, к которому подключены датчики концентрации метана или водорода, а выход которого подключен к электроклапанам патрубков для подачи указанных газов. Концентрация газов в воздушном потоке в может быть в пределах по водороду: от 2 до 2.5%, по метану от 10 до 25%.

30. Субблок 2 предназначен для управления вариантом устройства, работающего по способу ТАХО с мульти газовой смесью, к которому подключены датчики концентрации метана, водорода, азота и аммиака, а выход которого подключен к электроклапанам патрубков для подачи указанных газов. Концентрация газов в воздушном потоке в может быть в пределах по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%.

31. Блок управления (Б.У.) для работы по способу ТАХО для варианта моногазового устройства обеспечивает автоматический режим управления устройством и поддержание режима акустического резонанса в резонаторных камерах путем изменения угла поворота резонаторной заслонкой, поддержания необходимой температуры в резонаторных камерах, управления скоростью вращения мотора нагнетателя, управление временем обработки деталей, хранением и воспроизводством типовых программ обработки изделий. На его вход поступают сигналы от датчиков температуры, датчиков акустической вибрации, датчика давления, а к его выходам подключены устройства нагрева в резонаторных камерах, мотор вращения нагнетателя, электроклапаны входного и выходного патрубков, приводы поворота резонаторной заслонки, электроклапаны управления пневмоцилиндра для подъемно-поворотного устройства герметичной крышки. Для обеспечения воздействия на обрабатываемы заготовки в режиме акустического резонанса газовыми компонентами на вход блока управления поступает сигнал от Субблока 1 о готовности и соответствии газовой среды требуемым параметрам концентрации газа. Блок управления также позволяет формировать необходимые управляющие сигналы для утилизации аммиака.

32. Блок управления (Б.У.) для работы по способу ТАХО для варианта устройства с комбинированной много компонентной газовой смесью обеспечивает автоматический режим управления устройством и поддержание режима акустического резонанса в резонаторных камерах путем изменения угла поворота резонаторной заслонкой, поддержания необходимой температуры в резонаторных камерах, управления скоростью вращения мотора нагнетателя, управление временем обработки деталей, хранением и воспроизводством типовых программ обработки изделий. На его вход поступают сигналы от датчиков температуры, датчиков акустической вибрации, датчика давления, а к его выходам подключены устройства нагрева в резонаторный камерах, мотор вращения нагнетателя, электроклапаны входного с выходного патрубков, приводы поворота резонаторной заслонки, электроклапаны управления пневмоцилиндра для подъемно-поворотного устройства герметичной крышки. Для обеспечения воздействия на обрабатываемые заготовки в режиме акустического резонанса газовыми компонентами на вход блока управления поступает сигнал от Субблока 2 о готовности и соответствии газовой среды требуемым параметрам концентрации газа. Блок управления также позволяет также формировать необходимые управляющие сигналы для утилизации аммиака.

33. Пульт управления (П.У.) с Кнопками управления и Задатчиками:

33-1 - кнопка ПУСК инициирует процесс работы устройства при его готовности.

33-2 - кнопка СТОП прерывает процесс работы устройства и отключает привод воздушного нагнетателя, сбрасывает давление в герметичной камере, отключает нагревательные устройства.

33-3 - кнопка Подъем или Опускание крышки герметичной крышки камеры устройства открывает камеру,

33-4 - Таймерное устройство с вводом и индикатором интервала времени обработки,

33-5 - Индикатор давления,

33-6 - Индикатор скорости вращения,

Для контроля параметров работы резонаторных камер устройство снабжено:

33-7 - Индикаторами температуры, по числу резонаторных камер,

33-8 - Задатчиками температуры, по числу резонаторных камер,

33-9 - Индикаторами резонанса, по числу резонаторных камер.

33-10 - Управляющее компьютерное устройство, Промышленный Программируемый Контроллер, с помощью которого осуществляется управление от программ загруженных в память, а на вход которого поступают сигналы от датчиков температуры, датчиков резонанса, установленных в резонаторных камерах и внешних устройств - Блоков управления по способу ТАХО 31 или 32, Субблока 1 или Субблока 2, соответственно, а также имеет Thach-Screen Monitor для ввода данных и отображения информации. Все элементы управления имеют стандартное исполнение электротехнических устройств.

Описанные выше устройства работают следующим образом:

1. Работа устройств по способу ТАХО с моногазовой атмосферой осуществляется в автоматическом режиме. Для обработки деталей с таким вариантом устройства их помещают в контейнер 28 с фиксирующим креплением в донной части. Контейнер в свою очередь помещают в одну из резонаторных камер 3 устройства. После загрузки деталей в резонаторные камеры, герметичную камеру 1 устройства закрывают нажатием кнопки 33-3 - Опускание крышки, подъемно-поворотной крышкой 2. На панели управления 33 устанавливаются значения Давления, Времени и Температуры обработки изделий. Параметры давления и времени обработки общие для всего внутреннего объема герметичной камеры, а температура может быть установлена для каждой резонаторной камеры индивидуально. В зависимости от типа газовой смеси могут быть варианты установки, работающие с моногазами - водородом или метаном, или же с азотом и аммиаком. Газовая камера 26 для подготовки газовой среды имеет входные патрубки с электроклапанами для подачи воздуха 25 и рабочих газов: патрубок с электроклапаном для подключения метана 21 или патрубок с электроклапаном для подключения водорода 22, или патрубок с электроклапаном для подключения азота 23 и патрубок с электроклапаном для подключения аммиака 24, и соответственно датчики концентрации газов в камере при подготовке газовой среды: датчик концентрации метана 17, для определения уровня метана или датчик концентрации водорода 18, для определения уровня водорода, или датчик концентрации азота 19, для определения уровня азота и датчик концентрации кислорода 20, определяющий уровень аммиака в воздушной среде. Выходной патрубок газовой камеры 26 объединен с входным патрубком 13 с электроклапаном герметичной камеры 1, установленным на подъемно-поворотной крышке устройства 3. Подготовленная газовая смесь из газовой камеры подается в герметичную камеру перед началом работы устройства по способу ТАХО. Для управления этим вариантом устройства, работающим по способу ТАХО с моногазом, служит Субблок 1 29 к которому подключены датчики концентрации метана или водорода, или азота и аммиака, а выход которого подключен к электроклапанам патрубков для подачи воздуха и рабочих газов. Концентрация газов в воздушном потоке может быть в пределах по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%. После достижения требуемых соотношений по газовым компонентам с выхода Субблока 1 29 формируется сигнал о готовности газовой камеры на вход управляющего компьютерного устройства 33-10. При инициализации работы устройства от кнопки Пуск 33-1 открывается электроклапан 13 для закачки газовой смеси из газовой камеры 26 в камеру 1 до уровня давления, установленного при настройке параметров устройства. Одновременно подключаются нагревательные устройства - электрические тэны 8 для нагрева заготовок до температуры заданной по настройке задатчиком температуры - 33-8 на панели ПУ, включается мотор 7 воздушного нагнетателя 6. Скорость мотора воздушного нагревателя устанавливается при отладки устройства и регулируется автоматически. Внутри герметичной камеры устанавливается режим рециркуляции воздушного потока от нагнетателя, через резонаторные камеры и через цилиндрическую трубу на которой закреплены лопасти воздушного нагнетателя. Внутри резонаторных камер при попадании воздушного потока через поворотную заслонку 5 наступает акустический резонанс за счет модуляции воздушного потока в входном сечении этой заслонки. Роль поворотной заслонки при настройке на резонансную частоту - найти такое положение, при котором внутри камеры наступает резонанс. Привод поворотной заслонки 4, выполненный как мотор-редуктор, подключенный к выходу блока управления 16, обеспечивает ее вращение вокруг вертикальной оси в рабочем секторе, меняя сечение входного отверстия резонаторной камеры. Настройка на резонансную частоту в каждой резонаторной камеры осуществляется по алгоритму, записанному в память блока управления 16, а датчиком резонанса служит датчики акустической вибрации 12, размещенные в этих камерах. Максимальная частота акустической вибрации в камере свидетельствует о наступлении резонанса. В зависимости от объема воздуха, температуры, давления, установившейся скорости воздушного потока, геометрии обрабатываемых изделий внутри камеры при определенном положении заслонки наступает резонанс, и блок управления 16, регулируя текущее положение заслонки, поддерживает этот режим автоматически. Частота акустический колебаний может достигать значений в диапазоне 500-5000 Гц. Дальнейшая обработка обеспечивается автоматически до окончания работы устройства по установленному таймеру. Температура в резонаторных камерах измеряется датчиками температуры 11 и поддерживается также в автоматическом режиме по алгоритму программы блока управления 16. По окончании цикла обработки деталей включается электроклапан патрубка сброса давления 14, при этом Субблок 1 позволяет также формировать необходимые управляющие сигналы для утилизации остатков аммиака из герметичной камеры по уровню концентрации водорода в воздушной среде, подачей сигнала на электроклапан 14 выходного штуцера, который подключен к катализационному блоку утилизационной камеры для диссоциации остатков аммиака 27. По установлению давления на уровне '0' отметки поднимается и поворачивается крышка устройства 3 от пневматического подъемно-поворотного устройства 9 для обеспечения выгрузки деталей из резонаторных камер.

2. Работа устройства по способу ТАХО с мульти газовой атмосферой Фиг. 3 и Фиг. 4 осуществляется в автоматическом режиме. Для обработки деталей с таким вариантом устройства их помещают в контейнер 28 с фиксирующим креплением в донной части. Контейнер в свою очередь помещают в одну из резонаторных камер устройства 1. После загрузки деталей в резонаторные камеры герметичную камеру устройства 1 закрывают нажатием кнопки 33-3 - Опускание крышки, подъемно-поворотной крышкой 2. На панели управления 33 устанавливаются значения Давления, Времени и Температуры обработки изделий. Параметры давления и времени обработки общие для всего внутреннего объема герметичной камеры, а температура может быть установлена для каждой резонаторной камеры индивидуально. В зависимости от концентрации газов в мультигазовой смеси могут быть приготовлены варианты газовой среды, состоящие из газов: смеси азота и аммиака, или смеси водорода, метана, а также азота и аммиака. Газовая камера 26 для подготовки газовой среды имеет входные патрубки с электроклапанами для подачи воздуха 25 и рабочих газов: патрубок с электроклапаном для подключения метана 21, патрубок с электроклапаном для подключения водорода 22, патрубок с электроклапаном для подключения азота 23 и патрубок с электроклапаном для подключения аммиака 24, и соответственно датчики концентрации газов в камере при подготовке газовой среды: датчик концентрации метана 17, для определения уровня метана, датчик концентрации водорода 18, для определения уровня водорода, датчик концентрации азота 19 для определения уровня азота и датчик концентрации кислорода 20, определяющий уровень аммиака в воздушной среде. Выходной патрубок газовой камеры 26 подключается к входному патрубку герметичной камеры 13 с электроклапаном, установленному на подъемно-поворотной крышке 3 устройства. Подготовленная газовая смесь из газовой камеры подается в герметичную камеру перед началом работы устройства по способу ТАХО. Для управления этим вариантом устройства работающим по способу ТАХО с мульти газом, служит Субблок 2 30, к которому подключены датчики концентрации метана, водорода, азота и кислорода (для определения расчетным путем концентрации аммиака), а выход которого подключен к электроклапанам патрубков для подачи воздуха и рабочих газов. Концентрация газов в воздушном потоке в может быть в пределах по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%. После достижения требуемых соотношений по газовым компонентам с выхода Субблока 2 формируется сигнал о готовности газовой камеры на вход управляющего компьютерного устройства 33-10. При инициализации работы устройства от кнопки Пуск 33-1 открывается электроклапан 13 для закачки газовой смеси из газовой камеры 26 в камеру 1 до уровня давления, установленного при настройке параметров устройства. Одновременно подключаются нагревательные устройства - электрические тэны 8 для нагрева заготовок до температуры заданной по настройке задатчиком температуры - 33-8 на панели ПУ, включается мотор 7 воздушного нагнетателя 6. Скорость мотора воздушного нагревателя устанавливается при отладке устройства и регулируется автоматически. Внутри герметичной камеры устанавливается режим рециркуляции воздушного потока от нагнетателя, через резонаторные камеры и через цилиндрическую трубу, на которой закреплены лопасти воздушного нагнетателя. Внутри резонаторных камер при попадании воздушного потока через поворотную заслонку 5 наступает акустический резонанс за счет модуляции воздушного потока в входном сечении этой заслонки. Роль поворотной заслонки при настройке на резонансную частоту - найти такое положение, при котором внутри камеры наступает резонанс. Привод поворотной заслонки 4, выполненный как мотор-редуктор, подключенный к выходу блока управления 16, обеспечивает ее вращение вокруг вертикальной оси в рабочем секторе, меняя сечение входного отверстия резонаторной камеры. Настройка на резонансную частоту в каждой резонаторной камеры осуществляется по алгоритму, записанному в память блока управления 16, а датчиком резонанса служит датчики акустической вибрации 12, размещенные в этих камерах. Максимальная частота акустической вибрации в камере свидетельствует о наступлении резонанса. В зависимости от объема воздуха, температуры, давления, установившейся скорости воздушного потока, геометрии обрабатываемых изделий внутри камеры при определенном положении заслонки наступает резонанс, и блок управления 16, регулируя текущее положение заслонки, поддерживает этот режим автоматически. Частота акустический колебаний может достигать значений в диапазоне 500-5000 Гц. Дальнейшая обработка обеспечивается автоматически до окончания работы устройства по установленному таймеру. Температура в резонаторных камерах измеряется датчиками температуры 11 и поддерживается также в автоматическом режиме по алгоритму программы блока управления 16. По окончании цикла обработки деталей включается электроклапан патрубка сброса давления 14, при этом Субблок 2 30 позволяет также формировать необходимые управляющие сигналы для утилизации остатков аммиака из герметичной камеры по уровню концентрации водорода в воздушной среде, подачей сигнала на электроклапан 14 выходного штуцера, который подключен к катализационному блоку утилизационной камеры для диссоциации остатков аммиака 27. По установлению давления на уровне '0' отметки поднимается и поворачивается крышка устройства 3 от пневматического подъемно-поворотного устройства 9 для обеспечения выгрузки деталей из резонаторных камер.

Варианты предпочтительных режимов для осуществления химико-термической обработки в условиях резонансного воздействия потоком газовой смеси с моногазом на детали в устройствах по вариантам приведены в таблице 3.

Таблица №3

Варианты предпочтительных режимов для осуществления химико-термической обработки в условиях резонансного воздействия потоком мульти газовой атмосферы на детали в устройствах по вариантам приведены в таблице 4.

Таблица №4

1. Способ химико-термической обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком сжатого воздуха, включающий нагрев и охлаждение деталей в газовой смеси, состоящей из воздуха и газообразных химических реагентов, отличающийся тем, что нагрев и охлаждение деталей осуществляют в резонаторной камере при давлении 1,5-4,5 атм и воздействии на детали циркулирующим потоком сжатого воздуха на резонансной частоте в диапазоне 500-5000 Гц и газовой смеси, причем нагрев ведут при температуре от 150 до 450°С, а концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет:

по водороду от 2 до 2.5%;

по метану от 10 до 25%;

по азоту от 15 до 25%;

по аммиаку от 15 до 45%.

2. Устройство для химико-термической обработки металлических деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком сжатой газовой смеси способом по п. 1, характеризующееся тем, что оно содержит герметичную цилиндрическую камеру, имеющую подъемную крышку, центробежный воздушный нагнетатель с двигателем, расположенный по центру камеры, размещенные внутри камеры аксиальные резонаторные камеры с щелевыми соплами, каждая из которых имеет нагреватель, заслонку щелевого сопла с приводом ее поворота для регулирования ширины отверстия для прохождения воздушного потока от упомянутого нагнетателя, воздуховоды для циркуляции воздушного потока от резонансных камер до нагнетателя, датчики акустической вибрации и температуры, блок управления с таймером, на вход которого поступают сигналы от упомянутых датчиков из каждой камеры, а к выходам его подключены двигатель воздушного нагнетателя, приводы заслонок, датчик давления, электроклапаны подачи и сброса давления в цилиндрической камере и подъемно-поворотное устройство для подъемной крышки, газовая камера, имеющая трубопровод со штуцерами и электромагнитными клапанами для подачи в нее воздуха и газообразных химических реагентов, а также датчики, определяющие концентрацию газообразных химических реагентов, при этом в зоне воздушного нагнетателя герметичной камеры размещен электромагнитный клапан подачи газовой смеси от газовой камеры, а датчик газовой камеры связан с упомянутым блоком управления.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что газовая камера имеет трубопровод со штуцерами и электромагнитными клапанами для подачи в нее воздуха и водорода, при этом блок управления дополнительно содержит субблок управления параметрами, подключенный к датчику газовой камеры, по определению концентрации водорода.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что газовая камера имеет трубопровод со штуцерами и электромагнитными клапанами для подачи в нее воздуха, азота и аммиака, блок управления дополнительно содержит субблок управления параметрами, подключенный к датчику газовой камеры по определению концентрации азота и аммиака, при этом устройство снабжено соединенным с герметичной камерой катализационным блоком для диссоциации в камере остатков аммиака.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что газовая камера имеет трубопровод со штуцерами и электромагнитными клапанами для подачи в нее воздуха, водорода, метана, азота и аммиака, при этом блок управления дополнительно содержит субблок управления параметрами, подключенный к датчику газовой камеры по определению концентрации водорода, азота и аммиака, причем устройство снабжено соединенным с герметичной камерой катализационным блоком для диссоциации в камере остатков аммиака.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к устройствам и способам спекания спекаемого материала. Устройство для спекания спекаемого материала содержит устанавливаемую в печь чашу для спекаемого материала, установленную на опорной плите и имеющую внутреннее пространство для размещения спекаемого материала в качестве первого внутреннего пространства, а также содержит охватывающий чашу стаканообразный кожух с уплотненным краем относительно опорной плиты, образующий внутреннее пространство в качестве второго внутреннего пространства, которое выполнено с возможностью подачи в него и отвода из него защитного газа с обеспечением исключения поднятия стаканоообразного кожуха относительно опорной плиты за счет избыточного давления защитного газа, при этом чаша снабжена закрывающим элементом, а первое внутреннее пространство соединено со вторым внутренним пространством по потоку защитного газа.

Изобретение относится к вакуумной печи для термической обработки металлов. Печь содержит вакуумную камеру с приемной полостью для размещения металлических деталей, подлежащих термической обработке, средство нагрева для повышения внутренней температуры приемной полости вакуумной камеры до заданной величины и теплообменное устройство для понижения температуры, достигнутой в приемной полости, и управления температурой термической обработки, расположенное снаружи вакуумной камеры и выполненное в виде замкнутого циркуляционного контура для охлаждающей жидкости, включающего теплообменник, интегрированный вдоль контура и выполненный с возможностью обеспечения при инжектировании охлаждающей жидкости в приемную полость циркуляции охлаждающей жидкости вдоль упомянутого замкнутого циркуляционного контура от приемной полости к теплообменнику со снижением ее температуры для последующего впрыскивания в вакуумную камеру и с возможностью контролирования понижения температуры внутри вакуумной камеры.

Изобретение относится к тепловому излучателю для нагрева пастообразного материала до высокой температуры в условиях низкого вакуума и проведения высокотемпературного пиролиза пастообразного материала.

Изобретение относится к печи для термообработки керамических изделий. .

Изобретение относится к печам для обработки, в которые газ реагент вводится как часть этапа обработки газовой фазы, в частности к печам для процесса химической инфильтрации газовой фазы.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для безокислительной термической обработки деталей, например деталей точной механики ракетной техники.

Изобретение относится к области термической обработки изделий из нержавеющих сталей мартенситного класса. .

Изобретение относится к термическому оборудованию и может быть использовано в конструкциях печей для термообработки и/или пайки изделий, например теплообменников из алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к области электротермического оборудования, в частности к шахтным муфельным печам, и может быть использовано для термической обработки высокоточных тонкостенных деталей из мартенситностареющих сталей в контролируемой среде.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к обработке наводороживанием поверхности стальных изделий, и может быть использовано для подготовки изделий из сталей низкой твердости к эксплуатации после финишной механической обработки.

Изобретение относится к изделию, содержащему электропроводящую основную часть, и способу его получения и может быть использовано в качестве электрода. .

Изобретение относится к способу, а также к устройству для измерения поступающего из окружающей газовой атмосферы и принимаемого деталями количества компонента при термохимической обработке металлических деталей.

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей и может найти применение в машиностроении, в авиационной промышленности и в других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к сокатализаторам для термообработки атмосферы и способам их использования и введения. .
Изобретение относится к области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении. .
Изобретение относится к области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении. .

Изобретение относится к способам химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента и может быть использовано в машиностроении. .

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при изготовлении инструмента с химико-термической обработкой (ХТО) и окончательным отпуском при температуре не выше 500oC.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при изготовлении химико-термической обработкой (ХТО) деталей из сталей и других металлов, имеющих соприкасающиеся плоскости с выступами и впадинами, в частности, при контроле твердости диффузионного слоя.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к термической обработке горячекатаного рулонного проката из легированных доэвтектоидных сталей типа 50ХГФА, предназначенного для изготовления нажимных пружин сцепления.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения эксплуатационных свойства режущего инструмента и деталей проводят химико-термическую обработку деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком сжатого воздуха путем нагрева до температуры от 150 до 450 С° и охлаждения деталей в газовой смеси, состоящей из воздуха и газообразных химических реагентов, при этом нагрев и охлаждение деталей осуществляют в резонаторной камере при давлении 1.5-4.5 атм и воздействии на детали циркулирующим потоком сжатого воздуха на резонансной частоте в диапазоне 500-5000 Гц, а концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет: по водороду: от 2 до 2.5, по метану: от 10 до 25, по азоту: от 15 до 25, по аммиаку: от 15 до 45. Обработку проводят в устройстве, содержащем герметичную цилиндрическую камеру, имеющую подъемную крышку, центробежный воздушный нагнетатель с двигателем, расположенный по центру камеры, размещенные внутри камеры аксиальные резонаторные камеры с щелевыми соплами, каждая из которых имеет нагреватель, заслонку щелевого сопла с приводом ее поворота для регулирования ширины отверстия для прохождения воздушного потока от упомянутого нагнетателя, воздуховоды для циркуляции воздушного потока от резонансных камер до нагнетателя, датчики акустической вибрации и температуры, блок управления с таймером, на вход которого поступают сигналы от упомянутых датчиков из каждой камеры, а к выходам его подключены двигатель воздушного нагнетателя, приводы заслонок, датчик давления, электроклапаны подачи и сброса давления в цилиндрической камере и подъемно-поворотное устройство для подъемной крышки, газовая камера, имеющая трубопровод со штуцерами и электромагнитными клапанами для подачи в нее воздуха и газообразных химических реагентов, а также датчики, определяющие концентрацию газообразных химических реагентов, при этом в зоне воздушного нагнетателя герметичной камеры размещен электромагнитный клапан подачи газовой смеси от газовой камеры, а датчик газовой камеры связан с упомянутым блоком управления. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Наверх