Устройство для поверхностного упрочнения деталей Советский патент 1983 года по МПК B24C1/10 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для упрочнения поверхностей деталей машин путем обработки шариками, движение которых возбуждается колебаниями рабочей кам-еры.

Известно устройство для поверхностного упрочнения деталей, содержашее заполненную шариками рабочую камеру в виде стакана, закрытую от проникновения света, и вибропривод, в качестве которого использован магнитострикционный преобразователь, связанный с днишем стакана 1. Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности непрерывного контроля скорости движения шариков и, как следствие, невозможность поддержания процесса постоянным в оптимальном режиме.

Цель изобретения - повышение производительности устройства путем обеспечения поддержания оптимальной величины скорости движения шариков на протяжении всего процесса обработки детали.

Указанная цель достигается тем, что устройство для поверхностного упрочнения деталей, содержашее рабочую камеру, выполненную в виде закрытого стакана, заполненного шариками, снабженного виброприводом с регулируемыми параметрами вибрации и закрытого крышкой, на внутренней поверхности которой закреплена деталь, снабжено системой непрерывного контроля фактической скорости движения шариков, содерж-ашей источник света с оптической системой, создаюшей параллельный пучок лучей, пересекаюший внутреннюю полость стакана в области движения Шариков, и установленный на пути указанного пучка лучей фотопреобразователь, связанный с вторичным прибором. При этом на днище стакана расположен зеркальный элемент, изменяюш,ий направление движения указанного пучка лучей, а источник света с оптической системой и фотопреобразователь расположены на внутренней стороне крыши стакана.

Обеспечение прохождения через внутреннюю полость стакана пучка световых лучей и попадание его на фотопреобразователь связанный с вторичным прибором, находящимся вне рабочей камеры, позволяет осуществлять непрерывный контроль и поддерживание оптимальной скорости движения шариков, по количеству пересечений ими светового луча в единицу времени.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство включает магнитострикционный преобразователь 1 с волноводом 2, соединенным с днищем 3 цилиндрического стакана 4. Внутри стакана 4 размешены стальные шарики 5 и упрочняемая деталь (турбинная лопатка) 6, закрепленная в неподвижном приспособлении 7, не связанном со

стаканом 4. В приспособлении 7 закреплены также источник 8 света с фокусирующей оптической системой 9, обеспечивающей освещение внутренней полости стакана 4 направленным лучом 10, и фотоприемйик 11, например фоторезистор. Участок 12 внутренней торцовой поверхности днища 3 стакана 4, на который направлен луч 10, выполнен зеркально отполированным и является отражающим зеркалом для светового луча 10. Следовательно, вверх от участка 12 дниша 3 направлена отраженная часть луча 10.

Фоторезистор 11 установлен на пути указанной отраженной части луча 10 и включен в качестве светозависимого плеча в измерительную мостовую схему 13, выход которой (ее диагональ) подключен к блоку 14 формирования фронта импульса, осуществляющему преобразование трапецеидальных и пикообразных импульсов в прямоугольные

стандартные импульсы. С выхода блока 14 прямоугольные стандартные импульсы, каждый из которых соответствует единичному случаю пересечения шариком 5 трассы прохождения светового луча 10, поступают на вход счетчика 15 импульсов,

регистрирующего (например, в цифровом виде) общее число таких пересечений либо в единицу времени, либо за все время обработки данной детали 6.

Трасса прохождения светового луча 10 размещена непосредственно у поверхности

обрабатываемой детали 6, что позволяет получать характеристику интенсивности движения шариков 5 непосредственно у поверхности детали 6. Это делает результат более достоверно характеризуюшим интенсивность соударений шариков 5 с деталью 6.

От попадания света внутрь стакана 4 (помимо света от источника 8) предохраняет приспособление 7 и кожух 16, на котором оно закреплено.

Соотношение между диаметрами сечения светового j;iy4a 10 D и диаметром шарика 5 Dj D Dj. Это требование вытекает из необходимости передачи с помощью светового луча 10 информации о пересечении с ним не только одного, но и нескольких шариков 5 одновременно, поскольку при

взаимное перекрытие светового луча 10 с щариком 5 полностью затемняет сечение светового луча 10 либо его больщую долю и определить, перекрыл ли сечение один шарик 6 или несколько, практически невозможно.

При условии взаимное перекрытие теней (проекций на фотоприемник И) от двух шариков 5 в определенном участке сечения светового луча 10 позволяет при отлете этих шариков от места их пространственного совмещения (совмещения их проекций на фотоприемнике 11) Получить раздвоение их теней, а следовательно, зафиксировать прохождение каждого из них через световой луч 10.

Оптимальным является соотношение Di (10-15) Ог.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные электрические колебания с помощью магнитострикционного преобразователя 1 преобразуются в механические колебания ультразвуковой частоты, которые посредством волновода 2 передаются стакану 4. Колебания стенок стакана 4 передаются стальным шарикам 5, которые, в свою очередь, ударяя по поверхности обрабатываемой детали б, производят ее упрочнение. При этом шарики 5, отскакивая от поверхности детали получают очередной импульс кинетической энергии. Чем интенсивнее колеблется стенка стакана 4, тем интенсивнее (быстрее) движение шариков 5 в объеме стакана. При фиксированном оптимальном числе заполняющих стакан 4 шариков 5 скорость их движения, зависящая от интенсивности колебаний сте-. нок стакана 4, определяет число соударений щариков 5 с обрабатываемой деталью 6 в единицу времени От этого числа зависит интенсивность обработки детали 6.

В установившемя режиме после включения, магнитострикционного преобразователя 1 на минимальную интенсивность колебаний, вызывающую подъем всех шариков 5 из нижней части стакана 4, луч 10 света, генерируемый источником 8 света с оптической системой 9, попадает на зеркально отполированный участок 12 внутренней поверхности днища 3 стакана 4 и после отражения от него на поверхность фотоприемника 11 (фоторезистора).

В .этом начальном режиме интенсивность колебаний стенок стакана 4 сравнительно мала, следовательно, мала и скорость движения шариков 5. При фиксированном количестве шариков 5 число пересечений ими траектории падающей и отраженной частей светового луча 10 за единицу времени при этом, сравнительно мало.

Каждое полное или частичное пересечение дпариками 5 траектории падающей и отраженной частей светового луча 10 приводит к резкому изменению омического сопротивления части площади фотоприемника И, перекрываемой шариком 5 в сечении светового луча 10, что вызывает изменение результирующего омического сопротивления фосоприемника 11. В случае пролета всего щарика 5 через сечение светового луча 10 эпюра изменения результирующего сопротивления фоторезистора 11 будет иметь трапецеидальную форму, а при частичном пересечении - пикообразную. Причем крутизна фронта обоих видов этих импульсов зависит от доли взаимного перекрытия светового луча 10 и шариков 5. Наибольшая крутизна соответствует ЮО /о-ному перекрытию всего- диаметра шарика 5 световым

лучом 10, т.е. случаю пролета всего шарика 5 через световой луч 10.

Изменения сопротивления фотоприемника 11, включенного плечом в измерительную мостовую схему 13, приводят к соответствующим резким ее рассогласованиям, что вызывает резкие изменения уровня сигнала на ее выходе, т.е. формирование трапецеидальных или пикообразных импульсов. В результате на вход блока 14 формирования фронта импульсов поступает последовательность трапецеидальных и пикообразных импульсов, каждый из которых соответствует полному или частичному попаданию пролетающего щарика 5 в световой луч 10.

В случае нахождения в световом луче 10 в определенный момент времени нескольких щариков эпюра изменения омического сопротивления фоторезистора 11, а следовательно, и эпюра последовательности импульсов на выходе мостовой измерительной схемы

13будут иметь результирующий (суммирующий ) вид.

С выхода измерительной мостовой схемы 13 импульсный сигнал поступает на блок

14формирования фронта импульсов, где происходит формирование из каждого переднего фронта (как трапецеидального, так и пикообразного импульсов) стандартных прямоугольных импульсов, причем каждому нарастающему (переднему) фронту импульсов, поступающих с мостовой измерительной схемы 13, соответствует один прямоугольный импульс. Это обеспечивается также и в те моменты, когда два или более трапецеидальных или пикообразных импульса частично или полностью совпадают во временном интервале друг с другом (это в блоке 14 формирования фронта импульсов, может быть выполнено, например, с помощью амплитудной селекции).

Поскольку число фронтов импульсов, поступающих с мостовой измерительной схемы 13, полностью соответствует числу пролетов щариков 5 через световой луч 10, то, следовательно, число запускающих импульсов полностью соответствует числу пролетов щариков 5 через световой луч 10.

С выхода блока 14 прямоугольные импульсы поступают на цифровой счетчик 15 импульсов, который регистрирует число пролетов щариков 5 через световой луч 10 за определенный интервал времени.

Изменяя время сканирований счетчика 15., можно получить как итоговое число пролетов за интервалы времени, так и число пролетов в единицу времени. Поскольку число пролетов шариков 5 через световой луч 10 в единицу, времени непосредственно зависит в данном фиксированном объеме и при фиксированном числе шариков 5 от скорости движения последних, то получаемые на

счетчике 15 результаты непосредственно характеризуют скорость движения шариков 5, а следовательно, и интенсивность упрочняющей обработки детали 6. Кроме того, расположение трассы светового луча 10, непосредственно у поверхности упрочняемой детали б позволяет считать, что число пересечений шариков 5 световым лучом, деленное на четыре, является достаточно точным общим числом соударений шариков 5 с деталью 6 за определенный временной интервал. Такое расположение светового луча 10, кроме того, сводит к минимуму ошибку ввиду ложного подсчета соударений шариков .5 друг с другом.

Результирующее число, зафиксированное счетчиком 15 импульсов, необходимо делить на четыре, так как каждый шарик по пути от стенки стакана 4 к детали 6 пересекает два участка луча 10, затем, ударивщись о деталь 6, отскакивает назад и, двигаясь к стенке стакана 4, вновь пересекает эти участки луча 10. Таким образом, каждому удару шарика 5 о деталь 6 соответствует четыре пересечения луча 10.

Предлагаемое устройство позволяет вести непрерывный контроль скорости движения шариков у поверхности обрабатываемой детали. Это дает возможность уменьшить время обработки детали благодаря поддериканию скорости движения шариков на оптимальной величине и обеспечению таким образом максимальной интенсивности упрочняющей обработки на протяжении всего процесса путем изменения параметров колебаний вибропривода.

Производительность обработки вследствие повышения ее интенсивности увеличивается в 1,5 раза.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, содержащее рабочую камеру, выполненную в виде стакана, заполненного шариками, снабженного виброприводом и закрытого крышкой, на внутренней поверхности которой закреплена деталь, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено системой контроля скорости движения шариков, состояш.ей из источника света с оптической системой и фотопреобразователя, установленных на внутренней поверхности крышки, и зеркального элемента, расположенного -на дниш,е стакана. (Л ел о оо ел 00