СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОРОШКОВЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2008 года по МПК B24B31/06 B24B31/14 

Заявляемое техническое решение относится к области порошковой металлургии, а именно к удалению заусенцев на порошковых деталях. Данное решение может найти применение при поверхностной обработке различных деталей с целью ликвидации дефектов прессования, литья, ковки, горячей и холодной штамповки и прочее (дефекты могут быть в виде заусенцев, облоя, выпрессовок и т.д.), а также с целью шлифования и полирования поверхности детали, очистки и подготовки поверхности к нанесению покрытий. Заявляемое техническое решение может быть использовано на обрабатывающих предприятиях различного профиля в цехах для виброобработки и галтовки деталей.

Одним из самых распространенных способов поверхностной обработки деталей является вибрационный способ, который включает загрузку деталей в рабочую камеру, заполненную обрабатывающей средой, перемешивание деталей с рабочей средой при их совместном движении под воздействием вибрации (гармонической возмущающей силы). Далее осуществляется разделение деталей и рабочей среды, выгрузка деталей и их очистка. Данный способ описан в книге А.П.Бабичева и др. «Вибрационные станки для обработки деталей» М., «Машиностроение», 1984 г., стр.4. В процессе вибрирования детали рабочая среда непрерывно подвергается переменным по знаку ускорениям и интенсивно перемешиваются, совершая при этом два вида движений - колебание и вращение всей массы (циркуляционное движение). Воздействие на обрабатываемую деталь большого числа микроударов в различных направлениях способствует в некоторой степени удержанию ее во взвешенном состоянии, исключая тем самым грубые забоины и повреждения деталей, поэтому данный способ обработки применим и для обработки деталей из металлических порошков. Силы, ускорения, импульсы соударений и углы атаки самые разнообразные и зависят от размеров, формы и массы деталей и частиц рабочей среды, а также от сопротивления массы рабочей среды их перемещению.

При вибрационной обработке деталей в качестве рабочей среды могут применяться абразивные и другие неметаллические материалы различных характеристик, а также металлические среды с рабочими телами требуемой формы и размеров.

К недостаткам вибрационного способа поверхностной обработки деталей следует отнести недостаточное качество обработки, обусловленное тем, что при его реализации происходит разделение обрабатываемых изделий и рабочей среды, например металлической, из-за их различной плотности. Это снижает количество соударений, скольжений и микрорезаний поверхностей деталей рабочей средой и, следовательно, приводит к ухудшению качества обработки. Кроме этого, данным способом затруднительно удаление заусенцев в отверстиях и пазах деталей сложного профиля, т.к. обрабатывающая среда не всегда попадает в отверстия деталей сложной конфигурации.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение качества поверхностной обработки деталей за счет улучшение контакта обрабатываемых деталей с рабочей средой и расширение его технологических возможностей за счет обработки изделий сложного профиля и различной плотности.

Технический результат достигается тем, что в известном способе вибрационной обработки порошковых деталей, включающем загрузку деталей в рабочую камеру, заполненную рабочей средой, перемешивание деталей с рабочей средой при их совместном движении под воздействием вибрации, разделение деталей и рабочей среды и выгрузку деталей, в качестве рабочей среды используют спеченные металлические шарики с плотностью, аналогичной плотности обрабатываемых деталей.

Поставленная цель достигается также тем, что металлические шарики имеют диаметр, меньший диаметра отверстий и пазов деталей сложной конфигурации.

Возможность удаления заусенцев обеспечивается особенностями процесса вибрационной обработки - интенсивным перемешиванием рабочей среды с обрабатываемыми деталями. Применение при этом в качестве рабочей среды спеченных металлических шариков исключает сколы обрабатываемых порошковых деталей, а плотность шариков, аналогичная плотности обрабатываемых деталей, позволяет им равномерно перемешиваться с обрабатываемыми деталями и обеспечивает максимальное количество соударений, скольжений и микрорезаний шариков по поверхностям деталей, что повышает качество обработки последних.

Использование спеченных металлических шариков диаметром, меньшим диаметров отверстий и пазов обрабатываемых деталей, а именно от 1/3 до 1/2 диаметра отверстий или пазов, обеспечивает проникновение их в отверстия и пазы, контакт со всеми элементами обрабатываемой поверхности и удаление заусенцев в отверстиях и пазах деталей сложной конфигурации.

Сущность заявляемого способа вибрационной обработки порошковых деталей заключается в следующем. Обрабатываемые детали помещают в рабочую камеру, заполненную рабочей средой - спеченными металлическими шариками с плотностью, аналогичной плотности обрабатываемых деталей, для того, чтобы при воздействии на них вибраций они имели возможность перемещаться друг относительно друга с различными скоростями и равномерно перемешиваться. Затем задают всему объему рабочей среды (обрабатываемым деталям и спеченным металлическим шарикам) циклическое возмущающее усилие, т.е. прикладываются вибрации ко всему объему загрузки. При этом происходит непрерывное «течение» частиц рабочей среды, проникновение их в отверстия и пазы и самая различная ориентация обрабатываемых деталей относительно движения потока частиц рабочей среды. В процессе обработки этим способом за счет использования в качестве рабочей среды спеченных металлических шариков с плотностью, аналогичной плотности обрабатываемых деталей, последние равномерно размещаются в рабочей среде (металлических шариках) и воспринимают разные импульсы сил, соударяясь между собой и с металлическими шариками различными поверхностями и под разными углами, что обеспечивает достаточно равномерную обработку всех поверхностей деталей. Процесс обработки деталей, размещенных в рабочую среду, осуществляемый воздействием на весь объем загрузки вибраций, продолжают до тех пор, пока от деталей не отделятся дефекты (облой, заусенцы, выпрессовки и прочее) и не получат «новую» поверхность детали с заданной величиной шероховатости. Далее осуществляют разделение обработанных деталей и металлических шариков, выгрузку деталей и их очистку.

Пример осуществления способа.

Способ вибрационной обработки порошковых деталей осуществляют на виброполировочном станке модели ВПМ-100С.

Наполнитель - металлические шарики изготовлены методом порошковой металлургии, из цеховой тары загружаются в рабочую камеру станка с помощью тележки с грузовой платформой. Аналогично загружаются в рабочую камеру и обрабатываемые детали. Объем загрузки деталей в установку от 60 до 80 кг. Детали и металлические шарики загружаются в рабочую камеру в соотношении, оговариваемом требованиями конкретного технологического процесса. Эти соотношения деталей к шарикам составляют от 1:1 до 2:1. Для уменьшения вредного воздействия на падающие на металлические шарики детали их загрузку рекомендуется производить при включенном приводе вибратора.

Рабочая камера представляет собой прямолинейную емкость с U-образным профилем в поперечном сечении. Колебания рабочей камеры при такой ее форме обеспечивают загруженной в нее сыпучей среде циркуляционное движение. Вибратор служит для сообщения рабочей камере и, следовательно, размещенной в ней массе обрабатываемых деталей и наполнителя - спеченных металлических шариков двухмерных колебаний в плоскости ее поперечного сечения. Возмущающая сила создается вращением неуравновешенных масс, расположенных на валу вибратора станка. Вибратор выполнен с возможностью регулирования дисбалансного момента и реверсированием вала вибратора. Продолжительность цикла обработки задается реле времени и зависит от обрабатываемых деталей и требований к качеству их поверхности.

По истечении установленной длительности обработки привод вибратора автоматически отключается. С помощью решетки лотка вибросепаратора узла выгрузки происходит разделение деталей и наполнителя - спеченных металлических шариков, при этом вначале металлические шарики поступают в межоперационную тару лотка выгрузки, а затем детали ссыпаются в цеховую тару. Цикл обработки заканчивается.

Способ обработки порошковых деталей поясняется следующими конкретными примерами его осуществления.

Пример 1. Вибрационной обработке подвергали детали «поршень» №1 сложной конфигурации цилиндрической формы со сквозными отверстиями диаметром 6 мм и пазами, изготовленные из конструкционного материала ПК10ДЗК, содержащего в своем составе сулинский железный порошок ПЖВ - 96,8%; медь - 2,7%; серу - 0,3%; графит - 0,2% и стеарат цинка - 0,8% (сверх 100%). Плотность порошковых поршней составляет ≈6,4 г/см³. В качестве рабочей среды использовали спеченные металлические шарики, изготовленные из конструкционного материала ПК 10-64, содержащего в своем составе сулинский железный порошок ПЖВ - 100% и стеарат цинка до 0,8% (сверх 100%). Плотность спеченных шариков составляет ≈6,4 г/см³, диаметр шариков 2,5 мм. В результате вибрационной обработки получали детали без облоя, заусенцев и вмятин на поверхности (результат положительный).

Пример 2. Вибрационной обработке подвергали детали «поршень» №2 сложной конфигурации цилиндрической формы с внутренними отверстиями диаметром 6 мм, изготовленные из конструкционного материала ПК10ДЗК, содержащего в своем составе сулинский железный порошок ПЖВ - 96,7%; медь - 2,7%; сульфид марганца - 0,6% и стеарат цинка - 0,8% (сверх 100%). Плотность порошковых поршней №2 составляет ≈6,5 г/см³. В качестве рабочей среды использовали спеченные металлические шарики, изготовленные из конструкционного материала ПК 10-64, содержащего в своем составе сулинский железный порошок ПЖВ - 100% и стеарат цинка до 0,8% (сверх 100%). Плотность спеченных шариков составляет ≈6,5 г/см³, диаметр шариков 2,5 мм. В результате вибрационной обработки получали детали без облоя, вмятин и заусенцев на поверхности (результат положительный).

Пример 3. Вибрационной обработке подвергали детали «втулка» сложной конфигурации со сквозными отверстиями диаметром 8 мм, изготовленные из конструкционного материала ПК10ДЗ-64, содержащего в своем составе шведский железный порошок АНС100.29 - 97,1%; медь - 2,0%; графит - 0,3%; сульфид марганца - 0,6% и стеарат цинка - 0,8% (сверх 100%). Плотность порошковых втулок составляет ≈6,3 г/см³. В качестве рабочей среды использовали спеченные металлические шарики, изготовленные из конструкционного материала ПК 10-64, содержащего в своем составе сулинский железный порошок ПЖВ - 99,7%, графит - 0,3% и стеарат цинка до 0,8% (сверх 100%). Плотность спеченных шариков составляет ≈6,3 г/см³, диаметр шариков 3 мм. В результате вибрационной обработки получали детали без облоя, вмятин и заусенцев на поверхности (результат положительный).

Пример 4. Вибрационной обработке подвергали детали «поршень» №1 сложной конфигурации цилиндрической формы со сквозными отверстиями диаметром 6 мм и пазами, изготовленные из конструкционного материала ПК10ДЗК, содержащего в своем составе сулинский железный порошок ПЖВ - 96,8%; медь - 2,7%; серу - 0,3%; графит - 0,2% и стеарат цинка - 0,8% (сверх 100%). Плотность порошковых поршней составляет ≈6,4 г/см³. В качестве рабочей среды использовали стальные металлические шарики плотностью ≈7,85 г/см³, диаметром 3 мм. В результате вибрационной обработки получали детали с заусенцами и вмятинами на поверхности (результат отрицательный).

При обработке деталей по заявляемому способу с применением в качестве рабочей среды металлических шариков, изготовленных методом порошковой металлургии с плотностью, аналогичной плотности обрабатываемых деталей, последние равномерно перемешиваются с обрабатывающей средой (спеченными металлическими шариками) и воспринимают равномерные со всех сторон импульсы сил, соударяясь между собой и с металлическими шариками различными поверхностями и под разными углами. Все это обеспечивает равномерную обработку всех поверхностей деталей. Диаметр используемых шариков менее диаметра отверстий и пазов деталей сложного профиля обеспечивает снятие заусенцев в отверстиях и пазах обрабатываемых деталей.

Предлагаемым способом можно обрабатывать поверхности деталей различной плотности, соблюдая условие равноплотности рабочей среды - металлических шариков и обрабатываемых деталей.

Изобретение относится к области механической обработки и может быть использовано для удаления дефектов прессования, литья, ковки, горячей и холодной штамповки с поверхностей порошковых деталей при их вибрационной обработке. Порошковые детали загружают в рабочую камеру, заполненную рабочей средой. В качестве последней используют спеченные металлические шарики с плотностью, аналогичной плотности обрабатываемых деталей. Осуществляют перемешивание деталей с рабочей средой при их совместном движении под воздействием вибрации. После обработки производят разделение деталей и рабочей среды и выгрузку деталей. В результате повышается качество обработки за счет исключения сколов на деталях и обеспечения максимального количества соударений и микрорезаний шариков. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ вибрационной обработки деталей, включающий загрузку деталей в рабочую камеру, заполненную рабочей средой, перемешивание деталей с рабочей средой при их совместном движении под воздействием вибрации, разделение деталей и рабочей среды и выгрузку деталей, отличающийся тем, что для обработки порошковых деталей в качестве рабочей среды используют спеченные металлические шарики с плотностью, аналогичной плотности обрабатываемых деталей.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что спеченные металлические шарики имеют диаметр, меньший диаметра отверстий и пазов обрабатываемых деталей сложной конфигурации.