УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ УПРУГО-СКОЛЬЗЯЩИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B21D35/00 B21D26/14 

Изобретение относится к поверхностной обработке металлических изделий акустическими и магнитными полями.

Известно устройство для создания упруго-скользящих металлических поверхностей, содержащее магнитный преобразователь и генератор импульсов /1/.

Указанное известное устройство не обеспечивает требуемую гомогенность структуры кристаллических решеток и кристаллитов металлических поверхностей граничного и полужидкостного трения.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретения, является повышение гомогенности структуры кристаллических решеток и кристаллических поверхностей граничного и полужидкостного трения.

Для решения поставленной задачи известное устройство для создания упруго-скользящих металлических поверхностей, содержащее магнитный преобразователь и генератор импульсов, снабжено дополнительным магнитным преобразователем, размещенным с зазором в основном магнитном преобразователе концентрично последнему, дополнительным генератором, противоположно включенным с основным генератором, синхронизатором, вход которого подключен к выходу дополнительного генератора, а выход к входу основного генератора, таблеточным пьезопреобразователем подповерхностных волн, расположенным соосно магнитным преобразователям одной своей поверхностью в плоскости нижних торцев последних с возможностью взаимодействия противоположной поверхностью с обрабатываемой металлической поверхностью, генератором пьезопреобразователя, вход которого соединен с выходом таблеточного преобразователя, и амортизаторами перемещения, размещенными со стороны нижнего торца наружного магнитного преобразователя с возможностью взаимодействия с обрабатываемой поверхностью, при этом выходы магнитных преобразователей подключены к входам основного и дополнительного генераторов импульсов для образования спирального поля.

Кроме того, основной и дополнительный магнитные преобразователи выполнены в виде пакета тороидальных резиновых колец с намотанными на них с равным количеством витков изолированными нитками проводников.

Пакет может состоять из 10 резиновых колец, количество намотанных на которые ниток проводников постепенно увеличивается в направлении от нижнего кольца к верхнему от 1 до 10.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство для создания упруго-скользящих металлических поверхностей состоит из концентрично расположенных с зазором наружного 1 и внутреннего 2 магнитных преобразователей спиралевидного поля с сужением спирали к обрабатываемой поверхности, выходы которых, соответственно, подключены к входам противоположно включенных первого 3 и второго 4 генераторов. Выход второго 4 генератора подключен ко входу синхронизатора 5, выход которого подключен к входу первого 3 генератора. Таблеточный пьезопреобразователь 6 подповерхностных волн установлен на обрабатываемой поверхности и расположен соосно магнитным преобразователям одной своей поверхностью в плоскости нижних торцев последних. Выход таблеточного пьезопреобразователя подключен ко входу генератора 7 пьезопреобразователя. На нижнем торце наружного магнитного преобразователя установлены амортизаторы перемещения, выполненные, например, толщиной, соизмеримой с толщиной таблеточного пьезопреобразователя 6. Наружный 1 и внутренний 2 магнитные преобразователи спиралевидного поля выполнены в виде пакета тороидных резиновых колец с намотанными на них с равным количеством витков изолированными нитками проводников. Количество тороидных резиновых колец составляет 10, а количество намотанных, изолированных друг от друга ниток постепенно увеличивается с нижнего кольца от 1 до 10 к верхнему кольцу. Спиралевидные электромагнитные поля наружного 1 и внутреннего магнитных преобразователей подчиняются закону спирали:
каноническое уравнение поверхности

уравнения спирали на поверхности

где
p, g заданные положительные числа,
f(t) любая положительная функция,
cos²ch(ωt)-sin²sh(ωt)=1
ω любое фиксированное число.

Устройство работает следующим образом.

Металлические поверхности граничного и полужидкостного трения недостаточно смазаны при трении скольжения и не имеют пластично-скользящего слоя графоподобной текстуры антифрикционных полимеров и их композиций, в результате чего подвергаются пластическому или абразивному износам и обратимым упругим деформациям. Для повышения упругой податливости металлических поверхностей трения необходимо гетеродинную структуру поверхностных и подповерхностных слоев сделать более гомогенной, однородной.

Повышение гомогенности структуры кристаллических решеток слоев трения обеспечивают путем использования магнитного поля, повышение гомогенности границ кристаллитов путем использования акустического поля.

Для этого в устройство подают питание на первый 3 и второй 4 генераторы. Наружный 1 и внутренний 2 магнитные преобразователи формируют в кольцевом зазоре, имеющем ширину 25 50 мм, спиралевидные, противовключенные электромагнитные поля с сужением спирали с обрабатываемой поверхности.

Для значительного увеличения магнитного воздействия на атомный уровень неоднородностей кристаллических решеток используют микролептонную составляющую спиралевидного поля. Закрученный водоворот, спираль является эффективной формой приема энергоинформационных, космических, микролептонных лучей. Микролептонное воздействие наряду с магнитным оказывает формированное, структуропреобразующее действие в веществе.

Толщину зазора выбирают экспериментально. Сужение спирали к поверхности выбрано по аналогии с пространственно-временными изменениями смерча /перенесения животных, автомобилей, людей на большие расстояния/ и закрученного водоворота /изменение кристаллической структуры водных растворов/. Одновременно с включением магнитных преобразователей включают таблеточный пьезопреобразователь подповерхностных волн 6 при подаче питания на генератор 7 пьезопреобразователя. При этом необходимо задать интенсивность акустического поля для очистки границ кристаллитов /зерен/ от неупругих, твердых вкраплений и исключить пластическое течение граничных поверхностей. При граничном трении скольжения без пластических деформаций гомогенные слои упруго сжимаются и разжимаются. Процесс сопротивления трению становится обратимым. Пластический и абразивный износы значительно уменьшаются. Подповерхностные волны распространяются на расстояние от поверхности, составляющее от 100 мкм до 2 мм.

Глубину проникновения подповерхностных волн задают толщиной четвертьволновой пластинки. Сам таблеточный пьезопреобразователь 6 может быть набран в виде пакета таких пластинок из пьезокерамики ЦТС-19.

При выборе преобразующих сил был использован принцип соизмеримости меры качества форме взаимодействия.

Например, для улучшения антифрикционных свойств поверхностей трения алюминиевых сплавов А03-1, А09-2Б, А020-1 воздействовали акустическим полем частотой 1 кГц и длиной волны 10^-3 см, что соответствует соразмерностям оксидов алюминия Al₂O₃ с 10-мкм зерном на границах кристаллитов.

Для повышения упругого скольжения абразивной высокомарганцовистой стали 110Г13 воздействовали акустическими полями с частотой 10 кГц и длиной волны 10•10^-3 см, что соответствует соразмерностям карбидов кремния с 100 мкм зерном. Синхронизатор 5 служит для фазовой стабилизации противовключенных спиралевидных полей /сдвиг фаз постоянное число/. Амортизаторы перемещения 8 выполнены в виде кубиков полиуретана с ребром в 1 см и приклеены к нижнему торцу наружного магнитного преобразователя 1 эпоксидной смолой. Размеры тороидных колец при обработке алюминиевых сплавов: наружного магнитного преобразователя наружный диаметр кольца 100 мм, внутренний 90 мм, внутреннего преобразователя наружный диаметр кольца 40 мм, внутренний 30 мм. Износ алюминиевых полос направляющих телескопической стрелы автомобильного 65 тонного крана Буммар-Январец, обработанных на данном устройстве, понизился на 35% Износ измеряли по количеству циклов возвратно-поступательного трения на наружном образце со снятием полос, на микроскопе ММД-4.

Использование: при поверхностной обработке изделий из металлов акустическими и магнитными полями. Сущность изобретения: устройство содержит два концентрично и с зазором установленных магнитных преобразователя. Выходы преобразователей подключены ко входам противоположно включенных генераторов импульсов. Выход одного генератора подключен ко входу синхронизатора, выход которого подключен ко входу второго генератора. На обрабатываемой поверхности размещен таблеточный пьезопреобразователь подповерхностных волн, установленный соосно магнитным преобразователям. Одна поверхность таблеточного пьезопреобразователя лежит в плоскости нижних торцев магнитных преобразователей. Со стороны нижнего торца наружного магнитного преобразователя расположены амортизаторы перемещения. Магнитные преобразователи выполнены в виде пакета тороидных резиновых колец с намотанными на них с равным количеством витков изолированными нитками проводников. Пакет может содержать десять колец, при этом количество намотанных ниток проводников постепенно увеличивается от одной на нижнем кольце до десяти - на верхнем. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для создания упругоскользящих металлических поверхностей, содержащее магнитный преобразователь и генератор импульсов, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным магнитным преобразователем, размещенным с зазором в основном магнитном преобразователе концентрично последнему, дополнительным генератором, синхронизатором, вход которого подключен к выходу дополнительного генератора, а выход к входу основного генератора, таблеточным пьезопреобразователем подповерхностных волн, расположенным соосно магнитным преобразователем одной своей поверхностью в плоскости нижних торцов последних с возможностью взаимодействия противоположной поверхностью с обрабатываемой металлической поверхностью, генератором пьезопреобразователя, вход которого соединен с выходом таблеточного преобразователя, и амортизаторами перемещения, размещенными со стороны нижнего торца наружного магнитного преобразователя с возможностью взаимодействия с обрабатываемой поверхностью, при этом выходы магнитных преобразователей подключены к входам противоположно включенных основного и дополнительного генераторов импульсов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной и дополнительный магнитные преобразователи выполнены в виде пакета тороидных резиновых колец с намотанными на них с равным количеством витков изолированными нитками проводников. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пакет содержит десять резиновых колец, а количество намотанных ниток проводников постепенно увеличивается от одного на нижнем кольце до десяти на верхнем кольце.