Способ упрочнения поверхностей изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C21D7/04 

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к технологии упрочняющей обработки, кроме того, может быть использовано в различных технологических процессах очистки поверхностей.

Известны способы упрочнения деталей машин и инструмента импульсными водо- воздушными струями, импульсными струями жидкости (прототип), позволяющие упрочнять труднодоступные и сложные поверхности деталей и инструментов из высокопрочных и твердых сталей. Эти методы, особенно упрочнение импульсными струями жидкости, имеют большие возможности, но обладают существенным недостатком. Для упрочнения различных материалов необходимо точно подбирать режим упрочнения, это позволяет резко повысить эффективность упрочняющей обработки. Крометочного подбора режима упрочнения, необходимо следующее условие - стабильность режима упрочнения.

Недостатком данного способа, принятого за прототип, является нестабильность режима упрочнения, что определяется следующим. Для создания импульсных струй жидкости наиболее часто используется так называемый электрогидравлический эффект, Сопровождающий импульсный электрический разряд в жидкости (ИЭР), создающий высокое давление.

Из литературных источников известно и экспериментально подтверждено, что при импульсном электрическом разряде в жидкости, которая используется нами как источник высокого давления в разрядной камере, происходит следующее: насыщение жидко- ститазами (продуктами разложения воды); эрозия электродов, продукты которой поступают в рабочую жидкость, загрязняя ее; изменение электрических свойств жидкости. Эти явления могут существенно влиять на эффективность упрочняющей обработки.

Насыщение жидкости газами приводит следующим образом: при расширений

XI СО CN

W О

канала разряда в жидкости всегда образуется Газовый пузырь (при расширении плазмы, составляющей канал разряда), после окончания импульсного электрического разряда этот газовый пузырь схлопывает, причем бывает одна или несколько пульсаций. В результате этого процесса жидкость насыщается газами. Кроме того, канал разряда представляет собой низкотемпературную плазму. В результате взаимодействия плазмы канала разряда с жидкостью возможно разложение последней на водород и кислород Насыщение жидкости газами приводит к снижению плотности жидкости, -что, в свою очередь, существенно снижает эффективность упрочнения импульсными струями жидкости. Проиллюстрировать влияние плотности жидкости на эффективность упрочняющей обработки можно, рассмотрев известную зависимость для определения давления, создаваемого ИСЖ на поверхно ста детали при ударе струи об эту поверхность: -. : ..:. ...... .;,-.- .; -.-.,

p k р -с v,(1) где k - коэффициент; ; . :;

р-плотность жидкости, кг/м .-...

с - скорость звука в жидкости, м/с;

у-скорость струи жидкости, м/с.

Из зависимости (1) видно, что с.измене- нием плотности снижается и давление, создаваемое ИСЖ..

Следует заметить, что при импульсном электрическом разряде в жидкости свойства самой жидкости существенно меняются. Это касается не только насыщения жидкости газами и продуктами эрозии электродов, но и изменения электрических свойств жидкости, например, за счет ионизации жидкости при импульсном электрическом разряде. Все вышеперечисленные факторы приводят к существенному (до 40%) колебанию давления, создаваемого ИСЖ на повер- хности детали. Кроме того, существует вероятность захвата потоком жидкости вы- стреливаемой из камеры, частиц металла (продуктов эрозии электродов), которые при ударе ИСЖ оставляют на обрабатываемой поверхности детали микрократеры, :-.,.

Необходимо заметить, что в процессе одного (первого) выстрела жидкость, выстреливаемая в виде струй, насытится газами и продуктами эрозии электродов не успевает, так как выстреливаемая жидкость всегда находится над каналом разря- да и поэтому остается чистой. Упомянутые выше негативные, с точки зрения эффективности обработки, процессы в жидкости (насыщение газами, вынос частиц металла)

проявляют себя, как показали наши исследования, при двух и более разрядах без замены жидкости.

Целью изобретения является повышение эффективности упрочняющей обработки. Указанная цель достигается тем, что по способу упрочнения поверхностей изделий, преимущественно поверхностей деталей машин и инструментов, включающему воздействие на поверхность изделия струями жидкости в импульсном режиме, причем для организации импульсного режима, периодически создают электрические разряды в рабочей камере, жидкость в рабочей камере после каждого разряда полностью или частично заменяют.

Авторам не известны технические решения, в которых предусматривалась бы принудительная замена рабочей жидкости. Вместе с тем во всех известных из литературных источников конструкциях разрядных камер существуют зоны, в которых будут накапливаться загрязнения. Это обусловлено еще и тем, что объем разрядной камеры всегда больше объема жидкости, ко- торый выбрасывается из камеры за один цикл, . , , .

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, подтверждают сказанное выше. Уже после 3-5 разрядов (без замены жидкости) наблюдается интенсивное выделение газов. Кроме того, уже после 2-3-х выстрелов (разрядов) рабочая жидкость становится менее прозрачной, так как в ней во взвешенном состоянии находятся продукты эрозии электродов и пузырьки газов. Эксперименты проводились на разрядных камерах с объемом 200, 150, 75 мл с выходным соплом диаметром 15,10,5,3 мм, на режимах создания ИСЖ: напряжение разряда 6-12 кВ, емкость конденсаторной батареи 20-66 мкФ. Колебания давления ИСЖ составляют 20-30% при 3-4-х выстрелах без замены жидкости. Увеличение числа выстрелов выше 5 без замены жидкости приводит к еще большему колебанию величины давления создаваемого ИСЖ,

Использование данного изобретения позволит поддержать свойства жидкости в рабочей камере и струе на требуемом уровне, а также получать ту же величину давления при меньших затратах энергии.

Это будет особенно важно, когда в качестве рабочей жидкости будет использоваться не вода, а какой-либо состав с определенными свойствами.

Применение данного изобретения позволит повысить эффективность упрочняющей обработки на 20-30%.

Известны различные устройства для создания импульсных струй жидкости. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому авторами устройству является устройство, которое может быть ис- пользовано для создания импульсных струй жидкости, но обладает существенным недостатком, а именно невозможностью быстрой замены жидкости между разрядами, что приводит к нестабильной работе устройства и необходимости увеличения режима ИЭР для Создания требуемой скорости струи.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства для упрочнения деталей машин и инструментов. Указанная цель достигается тем, что устройство для упрочнения поверхности изделий, преимущественно поверхностей деталей машин и инструментов, содержащее разрядную камеру с выходным соплом, элект- роды, установленные в стенках разрядной камеры и соединенные с генератором импульсных токов, дополнительно снабжено двумя клапанами, двумя гасителями ударных волн, блоком управления и насосом, который через первый клапан и первый гаситель ударных воян соединен трубопроводом для подачи жидкости; с разрядной камерой, трубопровод для слива жидкости соединен с разрядной камерой и содержит последовательно установленные второй гаситель ударных волн и второй клапан, причем управляющие входы насоса, генератора импульсных токов и клапанов соединены с выходами блока управления.

На чертеже показана схема устройства.

Для создания ИСЖ используется разрядная камера, представляющая собой замкнутую камеру 1, включающую выходное сопло 2 и электродную систему 3. Элек- тродная система может состоять из двух электродов типа острие-острие или острие-плотность, или коаксиальных электродов (на чертеже в качестве приведена электродная/система острие-острие).

При импульсном электрическом разряде в жидкости в разрядной камере возникает высокое импульсное давление, формируется ударная волна. Для того, чтобы рабочие клапаны не были бы выведены из строя этим давлением, чтобы предотвратить снижение рабочего давления в разрядной камере (так как жесткость разрядной камеры во много раз выше, чем жесткость трубопроводов), между клапанами 5 и 6 и разрядной камерой на трубопроводе устанавливаются специальные глушители 4. Погасить ударную волну, сформированную в разрядной камере при импульсном электрическом разряде, можно создав на пути распространения ударной волны преграду. Та- .ким гасителем может быть ломаное отверстие е корпусе разрядной камеры, обратный клапан и т.д.

Для подачи требуемого количества рабочей жидкости в разрядную камеру 1 из бака 9 используется насос 8 и подающий клапан 5, расположенный на трубопроводе, соединяющем разрядную камеру 1 и насос 8. Использование клапана 5 позволяет подавать в разрядную камеру строго определенное количество жидкости/что позволяет повысить производительность всего устройства.

Отбирающий клапан 6 используется для отбора отработанной жидкости из разрядной камеры 1 в бак 9 с устройством очистки жидкости. Отбирающий клапан 6 расположен на трубопроводе, соединяющем разрядную камеру 1 и бак 9. :

Работой ГИТ 10, клапанов 5 и 6 насоса 8 управляет блок 7 управления,

Блок 7 выполняет следующие основные функции: подает питание на ГИТ и насос (при включении устройства): вырабатывает сигналы: .

1-й - на включение на время и подающего клапана 5; ..

2-й - на разрешение произведения импульсного электрического разряда в разрядной камере:

3-й - на включение на время t2 отбирающего клапана б после произведения разряда.

Так как отработанная жидкость насыщена продуктами эрозия электродов, ее необходимо очищать. Для этого в устройстве предусмотрен бак 9с устройством очистки жидкости. В нашем случае могут быть использованы различные системы очистки СОЖ, широко используемые в металлообработке (например, бак отстойник, фильтры, магнитное сепараторы и т.д.). Загрязненная жидкость поступает в устройство очистки, а затем сливается в бак и оттуда с помощью насоса 8 подается в рабочую камеру.

Для создания импульсного электрического разряда в жидкости в разрядной камере используется генератор 10 импульсных токов (ГИТ), который подключен к электродной системе 3 разрядной камеры 1, и формирует импульс тока требуемой энергии.

Устройство работает следующим образом: е блока 7 управления подается сигнал на включение насоса 8 на время ц, включается подающий клапан 5 ti Vk/Qt, где Qi - расход жидкости через подающий клапан,м/с;

Vk - объем разрядной камеры, м3.

затем клапан 5 отключается, и с блока 7 подается сигнал на ГИТ 10, к электродной системе 3 подается импульс тока от ГИТ, в рабочей камере происходит импульсный электрический разряд, жидкость в виде струи выбрасывается из разрядной камеры и воздействует на деталь, упрочняя её, сразу после разряда от блока 7 подается сигнал t2, открывающий клапан 6. на время t2(t2 Vk/Q2, где Q2 - расход жидкости через отбирающий клапан, м /с), причем жидкость из разрядной камеры стекает или откачивается в бак 9, где происходит ее очистка и откуда жидкость вновь подается в камеру. Далее весь цикл повторяется, но надо помнить, что (ti.f t2)1 S; f, где f - требуемая частота следования струй.

Следует отметить, что авторам не известны какой-либо способ и устройство, снабжённое подобной системой подачи и замены рабочей жидкости, поэтому данный способ и устройство обладают существенным отличием.

Устройство, описанное выше, позволяет избежать те недостатки, которыми обладает прототип, т.е. позволяет повысить стабильность работы устройства и получить большее давление при тех же затратах. Использование данного способа и устройства для его реализации позволяет повысить эффективность упрочняющей.обработки на 20: 30%. Данное изобретение отработано в производственных условиях.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения поверхностей изделий, преимущественно поверхностей деталей машин и инструмента, включающий

воздействие на поверхность изделия струями жидкости в импульсном режиме, причем для организации импульсного режима периодически создают электрические разряды в рабочей камере, о т л и ч а ю щ и и с я тем,

что, с целью повышения эффективности упрочнения, жидкость в рабочей камере после каждого разряда полностью или частично заменяют.

2. Устройство для упрочнения поверхностей изделий, преимущественно поверхно стей деталей машин и инструмента, содержащее разрядную камеру с выходным соплом, электроды, установленные в стенках разрядной камеры, соединенные с генератором импульсных токов, отличающееся тем, что, с .целью повышения эффективности упрочнения, оно снабжено двумя, клапанами, двумя гасителями ударных волн, блоком управления и насосом,

который через первый клапан и первый гаситель ударных волн соединен трубопроводом для подачи жидкости с разрядной камерой, трубопровод для слива жидкости соединен с разрядной камерой и содержит

последовательно установленные второй гаситель ударных волн и второй клапан, причем управляющие входы насоса,генератора импульсных токов и клапанов соединены с выходами блока управления.

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к технологии упрочняющей обработки. Изобретение позволит повысить эффективность упрочняющей обработки за счет стабилизации режима создания струй путем полной замены жидкости между разрядами, что также по: зволит получить более высокое давление струи без увеличения режима создания струй при достаточно вырокой частоте следования струй, 2 с.п. ф-лы, 1 ил.