Technické řešení se týká zařízení pro vibrační kuličkování tvarově složitých součástí.

Dosavadní stav techniky

V současné době se povrch extrémně namáhaných součástí upravuje různými způsoby, zajišťujícími zpevnění jejich povrchových vrstev, vedoucí k zabezpečení požadované životnosti a spolehlivosti. Pro zpevnění tvarově složitých součástí se dosud používají následující technologie:

Tryskání povrchu sférickými ocelovými, skleněnými nebo keramickými částicemi, které jsou unášeny tlakovým mediem, například vzduchem nebo kapalinou, nebo metány rotujícím zařízením. Při úpravě složitých součástí vyžaduje tato technologie investičně náročné robotizované pracoviště řízené počítačem a nákladnou optimalizací pracovních podmínek pro každou součást, protože nadměrná intenzita tryskání může upravovaný povrch poškodit. Technika není použitelná pro součásti s plochami, jejichž površky mají strmý gradient a zejména v případech, kdy upravované plochy jsou pro proud částic špatně přístupné. Jindy je aplikace omezena nevyhovující výslednou mikrogeometrií povrchu, například u součástí z hliníkových slitin.

Vibrační kuličkování, při kterém je upravovaná součást upevněna v objemově řádově větší kmitající a nebo rotující nádobě, zaplněné ocelovými kuličkami tak, aby součást byla úplně nebo z velké části ponořena do kuličkovací lázně. Stávající zařízení pro vibrační zpevňování lze charakterizovat jako dynamické nadrezonanční systémy s mohutnými budiči. Uvedená koncepce vede k robustním konstrukcím se značnými instalovanými výkony a složitou regulací amplitudy kmitání pracovní části zařízení. Přitom účinnost těchto energeticky náročných zařízení je podle výsledků měření velikostí zpevnění malá. Lze tedy soudit, že největší část výkonu je pohlcena nárazovou prací kuliček mezi sebou a se stěnami nádoby.

Nově se v technické praxi uplatňuje princip zpevnění složitých povrchů, kdy se pracovním kuličkám uděluje pohyb prostřednictvím zesílené energie z ultrazvukového generátoru o velkém výkonu. Příslušné zařízení je technicky velmi náročné, poruchové, investičně a provozně nákladné. Dosud bylo vyrobeno pouze několik zařízení laboratorního charakteru pro úpravu složitých ploch malých rozměrů, například závěsů turbinových lopatek.

Podstata technického řešení

Řadu uvedených nedostatků současných technologií odstraňuje zařízení pro vibrační kuličkování tvarově složitých součástí, opatřené tvarovou skříní pro kuličkování, podle technického řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že tvarová skříň pro kuličkování je upevněna na akční části amplitudově regulovatelného lineárního motoru.

Amplitudově regulovatelný lineární elektrický motor při pohonu zařízení pro vibrační kuličkování podle technického řešení umožňuje vyrobit amplitudově stabilní rezonanční zařízení, nezávislé na technologické zátěži. Zařízení podle technického řešení se tedy vyznačuje regulovatelnou a stabilizovanou amplitudou kmitání pracovní části vibračního zařízení snadno přizpůsobitelnou technologickým potřebám vibračního kuličkování, snížením energetické náročnosti, instalovaného výkonu, provozní spolehlivosti a omezením hmotnosti a přenosu sil do okolí. Zařízení pro realizaci vibračního kuličkování s využitím amplitudově řízeného lineárního elektrického motoru podle technického řešení je výrobně jednoduché a lze je sestavit z běžně dostupných tuzemských součástí. Chaotický pohyb media v tvarově upravené vibrační skříni poskytuje rovnoměrné a dostatečně intenzivní zpevnění povrchové vrstvy složitých ploch při zachování dobré mikrogeometrie upravovaného povrchu. V porovnání s klasickou konstrukcí srovnatelného zařízení dovoluje použití lineárního elektrického motoru a tvarové skříně snížit hmotnost kuliček asi na jednu setinu, instalovaný výkon na jednu pětinu až desetinu a zajistit plynulou regulaci amplitudy v rozsahu od 0 do 5 mm.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popisu příkladu jeho provedení podle přiloženého výkresu, který znázorňuje schematicky v nárysu v částečném řezu zařízení pro vibrační kuličkování tvarově složitých součástí podle technického řešení.

Příklady provedení technického řešeni

Základní součástí zařízení podle technického řešení je tvarová skříň 4. Její vnitřní tvar je ekvidistantní k hlavním obrysům upravovaného tělesa 6. Společně s objemem náplně kuliček, amplitudou a frekvencí kmitání akční hmoty 2 rozhoduje o účinnosti technologie kuličkování.

Hnací částí zařízení podle technického řešení je amplitudově regulovatelný lineární motor 8., který tvoří dvě vzájemně posuvně spojené části, respektive hmoty, reakční část 1 a akční část 2, pružně izolované od rámu 5. pružinami

3. Vynucený pohyb akční části 2 a reakční části 1 je realizován v čase proměnným elektromagnetickým polem a řízen na obrázku neznázorněným snímačem amplitudy kmitání akční části 2 amplitudově regulovatelného lineárního motoru 8.

a regulován neznázorněnou rozvodnou skříní s elektronikou.

Upravovaná část 6. se vloží do dělené tvarové skříně 4. Pracovní prostor mezi povrchem upravované součásti 6. a tvarovou skříní 4 se vyplní určitým počtem kuliček. Jejich množství závisí na rozměru a tvaru pracovního prostoru, průměru kuliček a parametrech kmitání akční části 2 amplitudově regulovatelného motoru 8. Tvarová skříň 4 společně s upravovanou součástí 6. a násypem kuliček se pevně pomocí rozebíratelného spojení respektive šroubu 7, připojí k akční části 2 amplitudově regulovatelného lineárního motoru j8. Po uvedení amplitudově regulovatelného motoru 8. do chodu a nastavení amplitudy kmitání akční části 2 amplitudově regulovatelného lineárního motoru 8, která vyvolá chaotický pohyb kuliček v pracovním prostoru, jsou zajišfeny podmínky pro účinnou realizaci technologie povrchové úpravy součásti kuličkováním. Stupeň zpevnění závisí na době činnosti zařízení, hmotnosti s rozměrech kuliček a fyzikálních vlastnostech zpevňovaného materiálu.

Příklad.

Na zařízení podle technického řešení bylo upraveno kolo radiálního kompresoru z Ti slitiny. Zařízení pracovalo s amplitudou 2,5 mm při frekvenci 25 Hz, průměr ocelových kuliček byl 4,75 mm a doba kuličkování byla 45 minut. U tohoto kola bylo takto dosaženo tlakové pnutí 250 MPa zanikající v hloubce 0,1 mm, což je zhruba dvojnásobné zpevnění co do velikosti a hloubky oproti stávajícímu vibračnímu zpevňování v zásypu kuliček.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro vibrační kuličkování tvarově složitých součástí podle technického řešení je využitelné ve strojírenství, zejména při výrobě součástí letadel a turbin.