RU206757U1

RU206757U1 - INSTALLATION FOR ULTRASONIC SURFACE TREATMENT

Info

Publication number: RU206757U1
Application number: RU2021104937U
Authority: RU
Inventors: Артемий Витальевич Аборкин; Иван Михайлович Мамаев; Дмитрий Владимирович Бокарёв
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-09-27

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к области обработки металлов поверхностным пластическим деформированием с использованием энергии ультразвуковых колебаний, и может быть использована в автомобильной, станкостроительной, приборостроительной и других отраслях техники для повышения качества, твердости и износостойкости поверхности металлических изделий различной формы.Установка предназначена для ультразвуковой упрочняющей обработки металлической детали. Установка содержит клапан, привод осевых колебаний, индентор, волновод ультразвуковых колебаний, кронштейн, шток, преобразователь, частотопонижающую накладку, элементы крепления и привод вращательного движения. В установке осуществляется воздействие на поверхность детали индентором, прижимающимся к обрабатываемой поверхности под углом 60-80° и колеблющимся с ультразвуковой частотой. Индентор имеет привод вращательного движения и может вращаться вокруг своей оси для равномерного износа со всех сторон.Результатом применения данной полезной модели является повышение ресурса индентора и более полное его использование.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to the field of metal processing by surface plastic deformation using the energy of ultrasonic vibrations, and can be used in the automotive, machine-tool, instrument-making and other industries to improve the quality, hardness and wear resistance of the surface of metal products of various shapes. designed for ultrasonic hardening treatment of a metal part. The installation contains a valve, an axial vibration drive, an indenter, an ultrasonic vibration waveguide, a bracket, a rod, a transducer, a frequency-reducing pad, fastening elements and a rotary motion drive. In the installation, an indenter is applied to the surface of the part, pressing against the surface to be treated at an angle of 60-80 ° and vibrating with an ultrasonic frequency. The indenter has a rotary motion drive and can rotate around its axis for uniform wear from all sides. The result of using this utility model is an increase in the indenter's resource and its more complete use.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к области обработки металлов поверхностным пластическим деформированием с использованием энергии ультразвуковых колебаний, и может быть использована в автомобильной, станкостроительной, приборостроительной и других отраслях техники для повышения качества, твердости и износостойкости поверхности металлических изделий различной формы.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to the field of metal processing by surface plastic deformation using the energy of ultrasonic vibrations, and can be used in the automotive, machine-tool, instrument-making and other industries to improve the quality, hardness and wear resistance of the surface of metal products of various shapes.

В последние годы проблема создания на металлических поверхностях упрочненных слоев с субмикро- и нанокристаллическими структурами привлекает большое внимание специалистов, работающих в области повышения прочности и долговечности машиностроительных материалов. Одним из перспективных направлений в решении данной проблемы является ультразвуковая обработка поверхности.In recent years, the problem of creating hardened layers with submicro- and nanocrystalline structures on metal surfaces has attracted much attention from specialists working in the field of increasing the strength and durability of machine-building materials. One of the promising directions in solving this problem is ultrasonic surface treatment.

Известна установка для чистовой и упрочняющей обработки деталей машин [А.с. СССР №1291378], состоящая из привода осевых колебаний, деформирующего элемента, волновода ультразвуковых колебаний, кронштейна, штока, преобразователя, частотопонижающей накладки, элементов крепления, в которой деформирующему элементу, обрабатывающему цилиндрическую деталь, сообщаются осевые и ультразвуковые радиальные колебания, то есть обработка производится, инструментом, направленным по нормали к поверхности. При такой обработке происходит упрочнение поверхностного слоя и создание регулярного рельефа, что повышает качество обрабатываемой детали и увеличивает срок службы.Known installation for finishing and hardening processing of machine parts [A.S. USSR No. 1291378], consisting of a drive of axial vibrations, a deforming element, a waveguide of ultrasonic vibrations, a bracket, a rod, a transducer, a frequency-reducing lining, fastening elements, in which axial and ultrasonic radial vibrations are communicated to the deforming element processing a cylindrical part, that is, processing is performed , with a tool directed normal to the surface. With such processing, the surface layer is hardened and a regular relief is created, which improves the quality of the workpiece and increases the service life.

Недостатком способа, реализуемого в данной установке для ультразвуковой обработки (УЗО) с прямым ударом является низкая стойкость деформирующего элемента из-за отсутствия у него степени свободы, позволяющей вращаться вокруг своей оси и компенсирующей односторонний износ.The disadvantage of the method implemented in this installation for ultrasonic treatment (RCD) with a direct impact is the low durability of the deforming element due to its lack of a degree of freedom, which allows it to rotate around its axis and compensates for one-sided wear.

Наиболее близким патентом к предлагаемой полезной модели является патент RU №2643289, в котором представлена установка, осуществляющая воздействие на поверхность летали индентором под углом 60-80°, колеблющимся с ультразвуковой частотой в безокислительной атмосфере из инертных газов, азота или углекислого газа. В данной установке за счет представленного способа обработки обеспечивается большая степень упрочнения и глубина упрочненного слоя в сочетании с сжимающими напряжениями и низкой шероховатостью поверхности при отсутствии ее окисления.The closest patent to the proposed utility model is patent RU No. 2643289, which presents a device that acts on the surface by flying an indenter at an angle of 60-80 °, vibrating at an ultrasonic frequency in a non-oxidizing atmosphere of inert gases, nitrogen or carbon dioxide. In this installation, due to the presented processing method, a high degree of hardening and the depth of the hardened layer are provided in combination with compressive stresses and low surface roughness in the absence of its oxidation.

Недостатком конструкции в данном случае можно считать быстрый износ и деформацию индентора из-за воздействия с ультразвуковой скоростью на твердый обрабатываемый материал в условиях высокой температуры в зоне контакта. Вращение пндентора вокруг своей оси и постепенное использование с разных сторон позволит повысить его ресурс в несколько раз.The disadvantage of the design in this case can be considered the rapid wear and deformation of the indenter due to the effect of ultrasonic speed on the solid processed material under high temperature conditions in the contact zone. Rotation of the pendentor around its axis and gradual use from different sides will increase its resource several times.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение ресурса пндентора в установке, упрочняющей поверхностные слои в металлах путем колебаний с ультразвуковой частотой.The task to be solved by the utility model is to increase the service life of the pendentor in an installation that strengthens the surface layers in metals by vibrations with an ultrasonic frequency.

Указанная цель достигается тем, что установка для ультразвуковой обработки поверхности детали, содержащая индентор, клапан нагнетания инертного газа, волновод ультразвуковых колебаний, преобразователь ультразвуковых колебаний, частотопонижающую накладку ультразвуковых колебаний, элементы крепления, кронштейн, шток и привод осевых колебаний индентора, выполненный с возможностью сообщения индентору возвратно-поступательного движения вдоль оси детали посредством упомянутых кронштейна и штока, при этом индентор выполнен с возможностью нахождения в среде инертного газа, прижатия к обрабатываемой поверхности под углом 60-80° и колебаний с ультразвуковой частотой, установка снабжена приводом вращательного движения индентора для поворота индентора вокруг своей оси.This goal is achieved by the fact that an installation for ultrasonic treatment of the surface of a part, containing an indenter, an inert gas injection valve, an ultrasonic vibration waveguide, an ultrasonic vibration transducer, a frequency-reducing ultrasonic vibration pad, fastening elements, a bracket, a rod and an indenter axial vibration drive, configured to communicate the indenter of reciprocating movement along the axis of the part by means of the said bracket and rod, while the indenter is made with the possibility of being in an inert gas environment, pressing it against the treated surface at an angle of 60-80 ° and vibrating with an ultrasonic frequency, the installation is equipped with a rotary motion drive of the indenter for rotation indenter around its axis.

Сущность предлагаемой полезной модели представлена в описании и на чертежах, на которых изображены:The essence of the proposed utility model is presented in the description and in the drawings, which show:

на фиг. 1 изображен общий вид установки для ультразвуковой обработки поверхности (далее - установка), состоящей из клапана 1 нагнетания инертного газа, привода 2 осевых колебаний, индентора 3, волновода 4 ультразвуковых колебаний, кронштейна 5, крепления к штоку 6, преобразователя 7 ультразвуковых колебаний, частотопонижающей накладки 8, элементов крепления 9 и привода 10 вращения индентора вокруг своей оси;in fig. 1 shows a general view of an installation for ultrasonic surface treatment (hereinafter referred to as the installation), consisting of an inert gas injection valve 1, an axial vibration drive 2, an indenter 3, an ultrasonic vibration waveguide 4, a bracket 5, attachment to a rod 6, an ultrasonic vibration transducer 7, frequency-reducing lining 8, fastening elements 9 and drive 10 for rotation of the indenter around its axis;

на фиг. 2 показан способ ультразвуковой обработки поверхности.in fig. 2 shows a method for ultrasonic surface treatment.

Установка работает следующим образом. Путем нагнетания инертного газа через клапан 1 в месте обработки создается требуемая среда. Привод 2 сообщает иидентору 3, прижимающемуся под углом 60-80° к детали через кронштейн 5 и шток 6 возвратно-поступательное движение вдоль оси детали, одновременно возбуждаются преобразователь 7 ультразвуковых колебаний, ультразвуковые колебания усиливаются волноводом 4 и передаются индентору 3 в радиальном направлении. Частотопонижающие накладки 8 поддерживают резонансную частоту преобразователя постоянной, вне зависимости от нагрузки, а крепежные элементы 9 соединяют элементы конструкции. По мере износа индентора он поворачивается вокруг своей оси благодаря приводу 10 вращательного движения, что повышает ресурс индентора и обеспечивает более полное его использование.The installation works as follows. By injecting an inert gas through valve 1, the required environment is created at the treatment site. The drive 2 informs the indenter 3, which is pressed at an angle of 60-80 ° to the part through the bracket 5 and the rod 6, a reciprocating movement along the axis of the part, the transducer 7 of ultrasonic vibrations is simultaneously excited, the ultrasonic vibrations are amplified by the waveguide 4 and transmitted to the indenter 3 in the radial direction. Frequency reducing pads 8 keep the resonant frequency of the transducer constant, regardless of the load, and the fasteners 9 connect the structural elements. As the indenter wears out, it rotates around its axis due to the rotary motion drive 10, which increases the indenter's resource and ensures its fuller use.

В установке осевое колебание взаимосвязано с величиной амплитуды ультразвуковых колебаний, сообщаемых индентору 3. Функционально-конструктивную связь между осевыми колебаниями индентора и его колебаниями в радиальном направлении осуществляет кронштейн 5.In the installation, the axial vibration is interconnected with the magnitude of the amplitude of the ultrasonic vibrations communicated to the indenter 3. The bracket 5 provides the functional and structural connection between the axial vibrations of the indenter and its vibrations in the radial direction.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении ресурса индентора и более полном его использовании. Предлагаемая полезная модель является экономически выгодным решением, так как в случае износа нет необходимости заменять весь дорогостоящий индентор, а достаточно просто повернуть имеющийся вокруг своей оси и продолжать обработку.The technical result provided by the claimed utility model consists in increasing the resource of the indenter and its fuller use. The proposed utility model is an economically profitable solution, since in case of wear, there is no need to replace the entire expensive indenter, but simply rotate the existing one around its axis and continue machining.

Claims

An installation for ultrasonic treatment of the surface of a part, containing an indenter, an inert gas injection valve, an ultrasonic vibration waveguide, an ultrasonic vibration transducer, a frequency-reducing ultrasonic vibration pad, fastening elements, a bracket, a rod and an indenter axial vibration drive, made with the possibility of communicating a reciprocating motion to the indenter along the axis of the part by means of the said bracket and rod, while the indenter is made with the possibility of being in an inert gas environment, pressing against the treated surface at an angle of 60-80 ° and vibrations with an ultrasonic frequency, characterized in that it is equipped with a rotary motion drive of the indenter to rotate the indenter around its axis.