Устройство для снятия остаточных напряжений в металлических конструкциях Советский патент 1988 года по МПК C21D1/04 

Фuз.i

1 .

Изобретение относится к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в маш1шостроении и приборостроении при изготовлении тонкостенных металлических конструкций

Цель изобретения - увеличение КПД устройства.

На фиг. 1 изображено устройство} на фиг. 2 - вибратор, представляющий собой поляризованный в двух плокостях пьезоэлектрический стержень с разделенными электродами.

Устройство содержит рабочий стол установленный на конструкцию 1 чере прокладки 2 и выполненный в виде колокола 3, внутри которого регулируется давление воздуха с помощью системы регулирования, состоящей из выходного клапана 4, мембраны 5, то кателя 6 и входного клапана 7. Упругий элемент 2 в нижней части колокола играет также роль уплотнителя, позволяющего сохранять необходимое давление внутри колокола в течение длительного времени. Кроме того, внутри колокола установлены вибратор 8, подключенный через коммутатор 9 и логическую схему И 10 к генератору 11 электрических сигналов. Вибратор 8 представляет собой поляризованный в двух плоскостях пьезоэлектрический стержневой вибровозбудитель с разделенными электродами (например, ЦТС-1 9). Через компаратор 12 и усилитель 13 к ло - гической схеме И подключен датчик 14 Устройство работает следзпощим образом.

На конструкцию 1 устанавливается колокол 3 и подключается к электронной схеме. Система регулирования даления воздуха внутри колокола 3 создает такую величину давления, пр которой колокол 3, прижимаясь к конструкции 1 с минимально возможной силой через упругий элемент 2, имеет возможность перемещаться по конструкции 1 минимально возможным трением. Изменение давления внутри колокола 3 происходит следующим образом. Толкатель 6 вьщвигается внутр колокола 3, натягивая мембрану 5 и вытесняя часть воздуха из колокола через выходной клапан 4. Затем тол- Катель 6 возвращается в исходное положение, внутри колокола 3 создается пониженное давление, в результате чего последний прижимается к

5

876

0

0

5

0

5

0

5

2

конструкции 1. Сила, с которой колокол 3 прижимается к конструкции 1 , может быть уменьшена подачей воздуха внутрь колокола 3 через входной клапан 7. Небольшой прижим колокола 3 к конструкции 1 во время перемещения особенно необходим в случаях, когда конструкция 1 имеет криволинейную поверхность. Тогда колокол 3 имеет возможность перемещаться по криволинейной поверхность, не спадая с нее. Во время перемещения колокола 3 датчик 14 замеряет величину остаточных внутренних напряжений на каждом участке. Измеренная величина через усилитель 13 подается на компаратор 12, где сравнивается с заданной допустимо й величиной и,которая постоянно подается на компаратор 12.Если Д1змеренная величина ниже или равна допустимой вели- чине и, сигнал от компаратора 1 2 подается на компаратор 9 через логическую схему И .10, колокол перемещается на следующий участок и повторяет там измерение. Процесс перемещения колокола 3 осуществляется за счет конструкции вибратора В, представляющего собой пьезоэлектрический стержень, поляризованный по осям Z h Y и имеющий разделенные электроды. Поэтому он может генерировать три компоненты колебаний: продольные по оси X, изгибные в плоскости XOZ (П ,), изгибные в плоскости XOY (П ).

Изгибные колебания в двух плоскостях (XOZ и XOY) возбуждаются стержневым Преобразователем прямоугольного сечения, направление поляризации которого по длине преобразователя меняется на ±,/2. В зонах возбуждения изгибных колебаний преобразователя электроды разделяются по длине на две части, образуя биморф. В зонах возбуждения продольных колебаний электроды сплолшые. В общем случае возможно возбуждение продольных и изгибных колебаний в виде:

А

А, А

AoKCOs(n,u)t-4); Aoycos()t-i/j), АО cos(njWt-lfj).

В зависимости от принятых значений переменных, входящих в формулы, можно получить различные формы колебаний, а следовательно, и различные траектории движения пьезоэлектрического стержня.

Приведенная разность фаз

Р i -

Когда А ц О, а отношение пропорционально, получим траекторию пьезоэлектрического стержня, целиком заполняющего прямоугольник со сторонами 2Aoj. Таким образом, изгибные колебания в двух плоскостях (XO и XOY) необходимы для перемещения колокола 3 по конструкции I, а продольные колебания по оси X - для создания напряжений в конструкции 1 позволяющих снять остаточные внутренние напряжения.

Если на одном из участков измеренные остаточные внутренние напряжения вьше допустимого значения U, толкатель 6 вьщвигается внутрь колокола 3, натягивая мембрану 5 и вытесняя часть воздуха из колокола 3 через выходной клапан 4. Затем толктель 6 возвращается в исходное положение, внутри колокола 3 создается пониженное давление, в результате чего колокол 3 прижимается через упругий элемент 2 к данному участку конструкции, фиксируя границу участка конструкции с радиусом R, который равен радиусу нижней части колокола 3. Затем включается вибратор 8 и начинается процесс виброоб- :работки, который контролируется датчиком 14. В тот момент, когда остаточные внутренние напряжения уменьшаются до величины, равной допустимой величине U, подавае ой на компатор 12, процесс виброобработки прекращается, через входной клапан 7 внутрь колокола 3 подается воздух до тех пор, пока давление воздуха внутри колокола 3 не достигнет величины, при которой колокол будет прижиматься к детали с меньшей силой, позволяющей с минимально воз- можнь&4 трением передвигаться по криволинейной поверхности конструкции. Затем колокол 3 передвигается на следующий участок, и весь процесс повторяется снова. Т.е. использование такого устройства позволяет подобрать оптимальные режимы виброобработки участков конструкции, где уровень остаточных внутренних напряжений вьше допустимого.

478764

Пример. Необход1дао обработать тонкостенные конструкции, изготовленные из стали марки Сталь 20 и сплава Д16. Для сравнения Две одинаковые детали обрабатьшают с помощью предлагаемого и известного устройств. Обработку прекращают при достижении уровня остаточных внут Q ренних напряжений допустимой величины. После обработки полученные структуры стали марки Сталь 20 и сплава Д16 исследуют рентгеновским методом. Исследования показали, что при

15 одинаковом качестве обработки конструкции энергозатраты предлагае- мого устройства ниже известного на 40-50%, долговечность конструкции выше на 35-45%.

2Q Применение устройства позволяет равномерно снять остаточные внутренние напряжения в тонкостенных конструкциях с минимальными энергозатратами, сохраняя при этом долговеч-

25 ность конструкции за счет предотвращения ее перегрузки в процессе виброобработки.

Устройство, реализующее данный способ, характеризуется большими

30 возможностями автоматизации и унн версальностью, обеспечивающ-тх его эффективное использование в робото- технических системах.

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Устройство для снйтия остаточных напряжений в металлических конструкциях преимущественно тонкостенных, содержащее рабочий стол, выполненный в виде колокола, упругие элементы, вибратор, электрический генератор, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД устройства, оно снабжено датчиком для измерения остаточных напряжений, логической схемой И, коммутатором, компаратором, усилителем и системой регулирования давления воздуха внутри колокола, состоящей из . толкателя, мембраны, выходного и входного клапанов, причем вибратор вьшолнен в виде пьезоэлектрического Стержня, поляризованного по двум перпендикулярным направлениям, и. соединен с электрическим генератором через коммутатор и логическую схему И, а датчик соединен с логической схемой И через усилитель и компардт тор.

г

Фие.2

Изобретение относится к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в машиностроении и приборостроении при изготовлении тонкостенных металлических конструкций. Цель изобретения - увеличение КПД устройства. Устройство содержит рабочий стол, установленный на конструкцию 1 через упругие элементы 2 и выполненный в виде колокола 3, внутри которого регулируется давление воздуха с .помощью системы регулирования, состоящей из выходного клапана 4, мембраны 5, толкателя 6 и входного клапана 7. Упругий элемент 2 в нижней части колокоЛа играет также роль уплотнителя, позволяющего сохранять необходимое давление внутри колокола. Внутри колокола установлены вибратор 8, подключенный через коммутатор 9 и логическую- схему И 1 О к генератору 11 электрических сигналов. Через компаратор 12 и усилитель 13 к логической схеме И подключен датчик I 4. с в (Л ч 00 ч О5