ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ БОЕК Российский патент 2007 года по МПК B21J13/06 B24B39/00 B30B11/00 B25D17/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при упрочнении металлов поверхностным пластическим деформированием, обработке металлов давлением, прессовании порошков для порошковой металлургии, а также в экспериментах по изучению влияния мощных высокочастотных механических колебаний на свойства металлов и других материалов.

Известны случаи применения высокочастотных механических (ультразвуковых) колебаний при обработке металлов давлением (Северденко В.П., Клубович В.В. Применение ультразвука в промышленности. Минск, ″Наука и техника″, 1967, с.243-245) и при упрочнении металлов поверхностным пластическим деформированием (Олейник Н.В. и др. Поверхностное динамическое упрочнение деталей машин / Н.В.Олейник, В.П.Кичин, А.Л.Луговской. - К.: Техника, 1984, с.104-105). Высокочастотные механические колебания оказывают положительное влияние на ход указанных технологических процессов. Однако эти колебания, получаемые в основном при помощи магнитострикционных преобразователей, имеют малую амплитуду (10-20 мкм), а следовательно, будут малы и усилия, возникающие от их действия в слоях обрабатываемого металла.

Наибольшее влияние на структуру и свойства металлов и других материалов оказывают имеющие большое амплитудное значение усилия от ударного воздействия. Однако способов получения серии ударов, следующих друг за другом с высокой частотой (от нескольких кГц до ультразвуковых частот), в настоящее время не предложено.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому изобретению является боек чеканочного приспособления с механическим приводом (Олейник Н.В. и др., Поверхностное динамическое упрочнение деталей машин / Н.В.Олейник, В.П.Кычин, А.Л.Луговской. - К.: Техника, 1984. - с.73, рис. 35). Этот боек представляет собой стержень с буртом и отверстием для установка бойка на шток приспособления.

Недостатком этого бойка является малая частота ударных импульсов, которыми боек воздействует на обрабатываемую поверхность, так как каждый удар бойка происходит за один двойной ход штока, в котором боек закреплен.

Задачей изобретения является создание конструкции бойка, в которой его стержень имеет несколько закрепленных на нем буртов и расположенных между ними подвижных втулок-ударников, позволяющих создавать серии ударных импульсов, причем в каждой серии ударные импульсы следуют друг за другом с высокой частотой (гораздо большей, чем частота двойных ходов бойка со штоком).

Для решения данной задачи предложен высокочастотный боек, в котором на стержне закреплено по всей длине несколько буртов, причем бурты по стержню расположены неравномерно, под буртами, кроме последнего, установлены с возможностью перемещения вдоль стержня ступенчатые втулки-ударники, между каждой втулкой-ударником и низлежащим буртом на стержне расположена пружина, поджимающая втулку-ударник к верхнему бурту с образованием зазора между втулкой-ударником и низлежащим буртом.

Кроме того, расстояние между буртами определяется но формуле, расчеты по которой дают увеличение каждого последующего рассчитанного расстояния на постоянную величину (по сравнению с предыдущим рассчитанным расстоянием).

За счет того, что на стержне имеется несколько подвижных втулок-ударников, а расстояния между соседними буртами различные (то есть различные расстояния (зазоры) от втулок-ударников до буртов, в которые они ударяются под действием силы инерции после входа в контакт (соударения) стержня с обрабатываемой деталью), ударные импульсы к детали (через стержень) будут передаваться сначала от одной втулки-ударника, затем от другой и т.д. То есть вместо одного удара (за один двойной ход штока с бойком) получается серия ударов, причем, так как зазоры между втулками-ударниками и буртами (в которые они ударяются) могут быть выполнены малой величины, удар будут следовать через малые интервалы времени, то есть с высокой частотой.

За счет того, что расстояние буртами определяется по предложенной формуле, высокочастотный боек создает серии ударных импульсов постоянной частоты.

На фиг.1 изображен высокочастотный боек с числом ударов каждой высокочастотной серии, равным четырем, в момент его движения к обрабатываемой детали. На фиг.2 изображен тот же высокочастотный боек в момент его контактирования с обрабатываемой деталью.

Высокочастотный боек состоит из стержня 1 с отверстием 2, буртов 3, 6, 9, 12, которые жестко связаны со стержнем, подвижных ступенчатых втулок-ударников 5, 8, 11, пружин 4, 7, 10.

Расстояния В₁, В₂, В₃ между буртами, а значит и зазоры Δ₁, Δ₂, Δ₃, на величину которых могут перемещаться втулки-ударники по стержню, не равны между собой (все втулки-ударники имеют одинаковую длину l). Для фиксации и закрепления бойка в штоке чеканочного или другого устройства для нанесения ударов используются верхняя торцовая поверхность бурта 12 и отверстие 2.

Работает высокочастотный боек следующим образом. (Будем считать, что удар по обрабатываемой детали происходит при движении бойка вниз, как и показано на фиг.1).

При приближении бойка со скоростью V к обрабатываемой детали 13 подвижные ступенчатые втулки-ударники прижаты пружинами к своим верхним буртам (фиг.1): втулка 5 к бурту 6, втулка 8 к бурту 9, втулка 11 к бурту 12. Когда происходит соударение (первый ударный импульс в высокочастотной серии) стержня 1 и обрабатываемой детали 13, стержень останавливается (фиг.2). Продолжая по инерции с той же (если пренебречь усилием со стороны пружины и силой тяжести втулок-ударников; в первом приближении можно считать, что эти две силы уравновешивают друг друга) скоростью V, что и до удара, втулки-ударники 5, 8, 11 будут в разные моменты времени (так как Δ₁≠Δ₂≠Δ₃) ударять по буртам 3, 6, 9 соответственно: втулка-ударник 5 - через интервал времени Δ₁/V (это соударение показано на фиг. 2), втулка-ударник 8 - через интервал времени Δ₂/V, втулка-ударник 11 - через интервал времени Δ₃/V. Таким образом получается серия ударов. Для рассматриваемого бойка эта серия состоит из четырех ударов. За счет подбора величин В₁, В₂, В₃ (от которых зависят величины зазоров Δ₁, Δ₂, Δ₃) можно добиться того, чтобы удары происходили через равные промежутки времени, то есть получить серию виброударов с постоянной частотой.

Например, если скорость бойка непосредственно перед ударом V=5м/c, длина втулок-ударников l=0,1м и желаемая частота ударов 10 кГц (то есть t=1·10^-4c), то расчеты по предложенной формуле дают В₁=1·10^-4·5·1+0,1=0,1005 м=100,5 мм; В₂=1·10^-4·5·2+0,1=0,1010 м=101мм; В₃=1·10^-4·5·3+0,1=0,1015 м=101,5 мм.

Для получения большего числа ударных импульсов в виброударной серии следует увеличить количество буртов и подвижных ступенчатых втулок-ударников с пружинами.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, при упрочнении металлов поверхностным пластическим деформированием, при обработке металлов давлением, а также при экспериментах по изучению влияния высочастотных механических колебаний на свойства металлов. Высокочастотный боек содержит стержень, нижний конец которого выполнен конусообразным с закруглением. Верхний конец стержня имеет отверстие для крепления. Стержень выполнен с буртами, которые неравномерно расположены по всей его длине. Под буртами, кроме последнего, подвижно установлены ступенчатые втулки-ударники. Каждая втулка-ударник поджата к верхнему бурту пружиной, которая размещена между указанной втулкой-ударником и низлежащим буртом. Вследствие упругого поджатия между втулкой-ударником и низлежащим буртом образован зазор. Величина расстояния между буртами стержня определена по приведенной формуле. В результате обеспечивается возможность создания серии ударных импульсов с увеличением частоты ударов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Высокочастотный боек, содержащий стержень, нижний конец которого выполнен конусообразным с закруглением, а верхний - с отверстием для крепления, отличающийся тем, что он выполнен с буртами, закрепленными на стержне и неравномерно расположенными по всей его длине, при этом под буртами, кроме последнего, установлены с возможностью перемещения вдоль стержня ступенчатые втулки-ударники, а между каждой втулкой-ударником и низлежащим буртом на стержне расположена пружина, поджимающая втулку-ударник к верхнему бурту с образованием зазора между втулкой-ударником и низлежащим буртом.2. Боек по п.1, отличающийся тем, что расстояние между буртами В_N определено по формуле

B_N=tVN+l,

где N=1,2,3,...;

К - количество втулок-ударников;

t - промежуток времени между ударными импульсами бойка в высокочастотной серии ударных импульсов;

V- скорость бойка непосредственно перед соударением с обрабатываемой деталью;

l - длина втулки-ударника.