RU2137586C1

RU2137586C1 - Device for surface strengthening of parts ("crankshaft")

Info

Publication number: RU2137586C1
Application number: RU97122356A
Authority: RU
Inventors: В.М. Казаков
Original assignee: Казаков Владимир Михайлович
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 1999-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device operates from generator which supplies ultrasonic oscillations through magnetostriction transducer. Asymmetric seat is formed at waveguide end face for arrangement of part being treated and working tool in form of steel balls. Balls move inside seat intensively and strike on part surface, thereby strengthening it. Steel balls are packed in seat tightly by means of punch and dynamometric wrench with static force measuring instrument. Treatment of part is performed by means of shot and with aid of ultrasonic oscillations, as well as in combined variant. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, к обработке поверхностей деталей давлением с применением ультразвуковых колебаний и дроби и может быть использовано как при дробеструйной, так и при ультразвуковой обработке, а также в смешанном виде для упрочнения металлических деталей, в том числе из высокопрочных сталей. The invention relates to the field of engineering, to the treatment of surfaces of parts by pressure using ultrasonic vibrations and shots and can be used both in bead-blasting and in ultrasonic processing, as well as in mixed form for hardening metal parts, including high-strength steels.

Известно устройство для поверхностного упрочнения деталей по а.с. СССР N 1399081, взятое в качестве прототипа, выполненное в виде корпуса, состоящего и концентратора с камерой на его торе, в которую помещают рабочие тела в виде шариков и деталь, закрепленную на фланце. A device for surface hardening of parts by and.with. USSR N 1399081, taken as a prototype, made in the form of a housing, consisting of and a hub with a camera on its torus, in which the working bodies are placed in the form of balls and the part mounted on the flange.

Ширина камеры удовлетворяет соотношению h = (0,40 - 0,60)d где d - диаметр концентратора, а высота составляет 0,3 λ_изг, где λ_изг - длина волны изгибных колебаний в стенке камеры.The width of the chamber satisfies the relation h = (0.40 - 0.60) d where d is the diameter of the concentrator and the height is 0.3 λ _ex , where λ _ex is the wavelength of the bending vibrations in the chamber wall.

Устройство имеет следующие недостатки:
1. удары шариков носят стохастический случайный характер,
2. отсутствует акустическая развязка на торец волновода с шариками, что ведет к низкому КПД его работы (холостой амплитудный ход), и не возникает стоячая волна колебаний волновода.The device has the following disadvantages:
1. ball hits are stochastic random,
2. there is no acoustic isolation at the end of the waveguide with balls, which leads to a low efficiency of its operation (idle amplitude stroke), and there is no standing wave of waveguide vibrations.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности и качества обработки поверхностей деталей. The technical result of the invention is to increase the productivity and quality of surface treatment of parts.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для отделочно-упрочняющей обработки поверхности деталей, содержащее ультразвуковой преобразователь с волноводом, на торце которого выполнено асимметричное гнездо для размещения в нем стальных шариков, и технологический фланец, расположенный перпендикулярно волноводу с зазором относительно его торца и предназначенный для установки обрабатываемой детали, снабжено пуансоном, несущим обрабатываемую деталь типа "коленвал" и установленным коаксиально волноводу с гнездом в технологическом фланце посредством резьбы с возможностью образования стальными шариками промежуточной плотноупакованной рабочей среды между стенками гнезда, служащего одновременно матрицей, при этом пуансон снабжен контргайкой со шлицами под накидной ключ и прибором для измерения статического усилия на шарики. The technical result is achieved by the fact that the device for finishing and hardening the surface treatment of parts containing an ultrasonic transducer with a waveguide, at the end of which an asymmetric socket is made to accommodate steel balls in it, and a technological flange located perpendicular to the waveguide with a gap relative to its end and designed to installation of the workpiece, equipped with a punch that carries the workpiece of the type "crankshaft" and mounted coaxially to the waveguide with a socket m in the technological flange by means of a thread with the possibility of steel balls forming an intermediate close-packed working medium between the walls of the socket, which simultaneously serves as a matrix, while the punch is equipped with a lock nut with slots for a spanner and a device for measuring static force on the balls.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для упрочнения деталей, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - узел для создания плотноупакованной рабочей среды. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a device for hardening parts; FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, in FIG. 3 - node for creating a close-packed working environment.

Устройство состоит из ступенчатого концентратора 1, на торце которого сквозным пазом с галтелями в основании образовано асимметричное гнездо со стенками 2. Волновод закреплен на трансформаторе упругих колебаний магнитострикционного преобразователя 3, который запитывается от генератора 4 ультразвуковых колебаний. Рабочие тела в виде стальных шариков 5 и деталь 6 "коленвал" помещают в рабочий объем гнезда. Технологический фланец 7 расположен перпендикулярно волноводу на опорных стойках 8, закрепленных вместе с магнитострикционным преобразователем 3 на станине 9 устройства. The device consists of a step concentrator 1, at the end of which an asymmetric socket with walls 2 is formed through the groove with fillets at the base 2. The waveguide is mounted on the elastic oscillation transformer of the magnetostrictive transducer 3, which is powered from the ultrasonic vibration generator 4. Working bodies in the form of steel balls 5 and part 6 "crankshaft" are placed in the working volume of the nest. The technological flange 7 is located perpendicular to the waveguide on the support posts 8, mounted together with the magnetostrictive transducer 3 on the frame 9 of the device.

На фиг. 2 приведено сечение гнезда концентратора, показывающее взаимное расположение стенок 2 гнезда и стенок 10 технологического фланца. In FIG. 2 is a sectional view of a hub socket showing the relative position of the walls 2 of the socket and the walls 10 of the process flange.

Ширина камеры h удовлетворяет соотношению h = (0,40 - 0,60)d, где d - диаметр концентратора. The width of the chamber h satisfies the relation h = (0.40 - 0.60) d, where d is the diameter of the hub.

Высота составляет 0,3 λ_изг, где λ_изг - длина волны изгибных колебаний в стенке гнезда. Радиус галтелей "r" в основании гнезда удовлетворяет соотношению:

На фиг. 3 показаны средства, упаковывающие стальные шарики в теле волновода и выполненные в виде динамометрического ключа 11 и пуансона 12.The height is 0.3 λ _arr , where λ _arr is the wavelength of bending vibrations in the wall of the nest. The fillet radius "r" at the base of the nest satisfies the relation:

In FIG. Figure 3 shows the means packing steel balls in the body of the waveguide and made in the form of a torque wrench 11 and a punch 12.

Обрабатываемая деталь 6 закреплена в пуансоне 12, смонтированном коаксиально волноводу с гнездом в технологическом фланце 7 посредством резьбы и контргайки 13 со шлицами под накидной ключ. The workpiece 6 is fixed in a punch 12 mounted coaxially to the waveguide with a socket in the process flange 7 by means of a thread and a lock nut 13 with slots for a spanner.

На динамометрическом ключе 11 расположен прибор 14 для измерения статического усилия на шарики. On the torque wrench 11 is a device 14 for measuring the static force on the balls.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Ультразвуковые колебания, сообщаемые волноводу 1 от генератора и магнитострикционного преобразователя, приводят стенки 2 и торцевую поверхность меньшего цилиндра концентратора в колебательное движение, заставляя рабочие тела 5 (стальные шарики) интенсивно перемещаться внутри гнезда. В нашем случае они плотно упакованы с заданным усилием с помощью пуансона 12, динамометрического ключа 11 с прибором 14, показывающим усилие давления шариков на обрабатываемую поверхность. После создания определенного усилия пуансон фиксируют на технологическом фланце контргайки 13. Ultrasonic vibrations communicated to the waveguide 1 from the generator and the magnetostrictive transducer cause the walls 2 and the end surface of the smaller cylinder of the concentrator to oscillate, forcing the working bodies 5 (steel balls) to move intensively inside the nest. In our case, they are tightly packed with a given force using a punch 12, a torque wrench 11 with a device 14, showing the pressure force of the balls on the surface to be treated. After creating a certain effort, the punch is fixed on the technological flange of the lock nut 13.

Величину усилия шариков выбирают в пределах P ≈ 150 - 160 кг (статическое усилие) для незакаленных сталей и чугунов,
P≈ 350 - 450 для закаленных сталей.The force of the balls is chosen in the range of P ≈ 150 - 160 kg (static force) for non-hardened steels and cast irons,
P≈ 350 - 450 for hardened steels.

Амплитуда преобразователя на волновод составляет A ≈ 100 - 120 мкм, а частота колебаний f = 50 Гц (на ультразвуковом преобразователе и его выходе). The amplitude of the transducer to the waveguide is A ≈ 100 - 120 μm, and the oscillation frequency f = 50 Hz (at the ultrasonic transducer and its output).

При создании ультразвуковых колебаний шарики, ударяя по поверхности детали 6, упрочняют ее в асимметричном гнезде, служащем одновременно матрицей пуансона. При этом в его стенках нарду с продольными колебаниями имеют место изгибные колебания, являющиеся следствием наличия поперечных (пуассоновских) деформаций ступенчатого концентратора при распространении в нем продольной ультразвуковой волны. When creating ultrasonic vibrations, the balls, hitting the surface of the part 6, reinforce it in an asymmetric socket, which serves simultaneously as a punch matrix. Moreover, bending vibrations occur in its walls along with longitudinal vibrations, which are a consequence of the presence of transverse (Poisson) deformations of a step concentrator when a longitudinal ultrasonic wave propagates in it.

Claims

A device for finishing and hardening processing of surfaces of parts, containing an ultrasonic transducer with a waveguide, at the end of which an asymmetric socket is made for placement of steel balls in it, and a technological flange located perpendicular to the waveguide with a gap relative to its end and designed to install the workpiece, characterized in that for surface treatment of parts of the type "crankshaft" it is equipped with a punch that carries the workpiece and mounted coaxially with the waveguide with there is no place in the technological flange by means of a thread with the possibility of steel balls forming an intermediate tightly packed working medium between the walls of the socket serving as a punch matrix, while the punch is equipped with a lock nut with slots for a spanner and a device for measuring the static force on the balls.