УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1999 года по МПК B23P9/02 C21D7/06 B24B1/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано как при дробеструйной, так и при ультразвуковой, а также смешанном виде обработки деталей, в том числе из высокопрочных сталей, более конкретно к обработке поверхностей деталей давлением с применением ультразвуковых колебаний и дроби.

Задача изобретения - повышение производительности и качества обработки поверхностей деталей.

Известно устройство для поверхностного упрочнения деталей (a.c. СССР N 1399081), взятое в качестве прототипа, выполненное в виде корпуса, состоящего из концентратора 1, на торце которого стенками образована камера, в которую помещают рабочие тела 5 и деталь 6, закрепленную на фланце 7. Ширина камеры удовлетворяет соотношению h = (0,40 - 0,60)d, где d - диаметр концентратора, а высота составляет 0,3λ_изг, где λ_изг - длина волны изгибных колебаний в стенке 2 камеры. Ультразвуковые колебания, сообщаемые волноводу, приводят стенки 2 и торцевую поверхность концентратора 1 в колебательное движение, при этом в стенках наряду с продольными колебаниями имеют место изгибные колебания.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства упрочнения деталей; на фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1.

Устройство состоит из ступенчатого концентратора 1, на торце которого сквозным пазом с галтелями в основании образована камера со стенками 2. Волновод закреплен на трансформаторе упругих колебаний магнитострикционного преобразователя 3, который запитывается от генератора 4 ультразвуковых колебаний, рабочие тела 5 и деталь 6, закрепленную на технологическом фланце 7, помещают в рабочий объем внутри камеры. Технологический фланец 7 располагается на опорных станках 8, закрепленных вместе с магнитострикционным преобразователем 3 на станине 9 установки.

На фиг. 2 приведено сечение рабочей камеры устройства, показывающее взаимное расположение стенок 2 и стенок 10 технологического фланца.

Ширина камеры удовлетворяет соотношению
h = (0,40-0,60)d,
где d - диаметр концентратора.

Высота составляет 0,3λ_изг, где λ_изг - длина волны изгибных колебаний в стенке камеры. Радиус галтелей "Ч" в основании камеры удовлетворяет соотношению

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковые колебания, сообщаемые волноводу от генератора 4 и магнитострикционного преобразователя 3, приводят стенки 2 и торцевую поверхность меньшего цилиндра концентратора 1 в колебательное движение, заставляя тем самым рабочие тела 5 (стальные шарики) интенсивно перемещаться внутри камеры, и, ударяя по поверхности детали 6, закрепленной на фланце 7, упрочнять ее. При этом в стенках 2 наряду с продольными колебаниями имеют место изгибные колебания, являющиеся следствием наличия поперечных (пуассоновских) деформаций ступенчатого концентратора 1 при распространении в нем продольной ультразвуковой волны.

На фиг. 3 - 12 показана схема устройства для поверхностного упрочнения шаровой опоры передней подвески и других деталей, которое состоит из динамометрического ключа 11, прибора 12 (манометра), показывающего усилие давления шариков на обрабатываемую поверхность детали 6 при затяжке. На фиг. 3 - 12 изображены:
13 - пуансон для передачи давления на шарики, выполняя работу оправки для крепления обрабатываемой детали 6;
14 - контргайка для фиксации пуансона (и давления на шарики);
7 - технологический фланец;
6 - обрабатываемая деталь;
5 - стальные шарики ⊘ 2,2 - 3,0 мм;
15 - гнездо-матрица в теле волновода 1.

Устройство, показанное на фиг. 1 - 12, работает следующим образом.

Ультразвуковые колебания, сообщаемые волноводу от генератора 4 и магнитострикционного преобразователя 3, приводят стенки и торцевую поверхность меньшего цилиндра концентратора 1 в колебательное движение, заставляя тем самым рабочие тела 5 (стальные шарики) интенсивно перемещаться внутри камеры, в нашем случае они плотно упакованы с заданным усилием ΣP, кгс (H) динамометрическим ключом 11 с прибором, показывающим усилие давления шариков на обрабатываемую поверхность, затем закрепив контргайкой к технологическому фланцу 7 и ударяя по поверхности обрабатываемой детали 6, закрепленной в пуансоне 13. При этом в стенках 2 наряду с продольными колебаниями имеют место изгибные колебания, являющиеся следствием наличия поперечных деформаций ступенчатого концентратора 1, при распространении в нем продольной ультразвуковой волны.

Недостатками является то, что удары носят стохастический (случайный) характер; нет (отсутствует) акустической развязки на торец волновода с шариками, что ведет в низкому КПД его работы (холостой амплитудный ход) и не возникает "стоячей" волны колебаний волновода.

Характеристики:
* Усилие на обрабатываемую поверхность промежуточным звеном плотноупакованных шариков создается в пределах 150 - 160 кг (статическое усилие) для незакаленных сталей и чугунов, P Σ350-450 кг для закаленных сталей.

Амплитуда (А) преобразователя на волновод 100 - 120 мкм.

s - смещение (динамическое) торца
γ - волновода, мкм
* - частота (f) колебаний: f = 50 Гц (на УЗГ)
* Мощность (N) УЗ генератора
N = 3,5 кВт, ТИП УЗГ-3,5.

Устройство предназначено для отделочно-упрочняющей обработки поверхностей деталей. На торце волновода ультразвукового преобразователя выполнено осесимметричное гнездо с размещенными в нем стальными шариками. Перпендикулярно волноводу с зазором относительно его торца установлена технологическая плита. В технологической плите посредством резьбы размещен пуансон-державка с обрабатываемой деталью. Стальные шарики образуют плотноупакованную рабочую среду. Динамометрический ключ установлен для создания усилия на пуансон и рабочую среду. За счет использования комбинированного процесса обработки дробью и ультразвукового процесса достигается высокое качество обработки поверхности и повышение производительности. 3 з.п.ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для отделочно-упрочняющей обработки поверхности деталей, содержащее ультразвуковой преобразователь с волноводом, на торце которого выполнено осесимметричное гнездо с размещенными в нем стальными шариками, образующими рабочую среду, и технологическую плиту, установленную перпендикулярно волноводу с зазором относительно его торца с возможностью закрепления в ней обрабатываемой детали, отличающееся тем, что устройство снабжено пуансоном-державкой для закрепления обрабатываемой детали, установленным в технологической плите посредством резьбы коаксиально волноводу с гнездом таким образом, что стальные шарики образуют плотноупакованную рабочую среду между стенками пуансона, поверхностью детали и стенками гнезда, служащего одновременно матрицей пуансона. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пуансон-державка снабжен контргайкой и шлицами под накидной динамометрический ключ, а также прибором для контроля статического усилия на рабочую среду. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено динамометрическим ключом для создания усилия на пуансон и соответственно на рабочую среду и манометром для определения усилия. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве стальных шариков используют дробь.