RU2137589C1

RU2137589C1 - Device for surface strengthening of parts ("brake disc")

Info

Publication number: RU2137589C1
Application number: RU97122359A
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 processing of surfaces of parts by pressure using ultrasonic vibrations and fractions. And it 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 из концентратора с камерой на его торце, в которую помещают рабочие тела в виде шариков и деталь, закрепленную на фланце. A device for surface hardening of parts according to A.S. USSR N 1399081, taken as a prototype, made in the form of a housing consisting of a hub with a camera at its end, in which the working bodies are placed in the form of balls and a 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 _ar , where λ _ar 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 детали, 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 "тормозной диск" и установленным коаксильно 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 the part, containing an ultrasonic transducer with a waveguide, at the end of which there is an asymmetric socket for placing 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 type "brake disc" and mounted coaxially to the waveguide with zdom technologically flange by threading to define said intermediate steel balls packed working medium between the walls of the socket, which serves simultaneously matrix, wherein the punch is provided with splines locknut spanner and an instrument for measuring the 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 ультразвуковые колебаний. Рабочие тела в виде стальных шариков 5 и деталь 6 "тормозной диск" 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 by ultrasonic vibrations generator 4. The working fluid in the form of steel balls 5 and part 6 "brake disc" is placed in the working volume of the slot. 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 камеры 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 camera socket satisfies the ratio:

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 коаксильно волноводу с гнездом в технологическом фланце 7 посредством резьбы и контргайки 13 со шлицами под накидной ключ. The workpiece 6 is fixed in the 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 splines 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 от генератора и магнитострикционного преобразователя приводят стенки 2 и торцевую поверхность меньшего цилиндра концентратора в колебательное движение, заставляя рабочие тела 5 (стальные шарики ⌀ 2,0 - 3,0 мм) 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 контргайкой 13. Ultrasonic vibrations communicated to the waveguide from the generator and the magnetostrictive transducer cause the walls 2 and the end surface of the smaller concentrator cylinder to oscillate, causing the working bodies 5 (steel balls ⌀ 2.0 - 3.0 mm) 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 with a lock nut 13.

Величину усилия шариков выбирают в пределах P_Σ≈ 150 - 160 кг (статическое усилие) для незакаленных сталей и чугунов, P_Σ≈ 350 - 450 для закаленных сталей.The force of the balls is chosen in the range of P _Σ ≈ 150 - 160 kg (static force) for non-hardened steels and cast irons, P _Σ ≈ 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 наряду 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, along with longitudinal vibrations, bending vibrations occur in its walls, which are a consequence of the presence of transverse (Poisson) deformations of a step concentrator during the propagation of a longitudinal ultrasonic wave 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 "brake disc" it is equipped with a punch that carries the workpiece and mounted coaxially with the waves dy socket in the process flange by threading to define said intermediate steel balls tightly packed working medium between the walls of the slot serving as the matrix punch, wherein the punch is provided with splines locknut spanner and an instrument for measuring the static force on the balls.