RU2530680C2 - Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий - Google Patents
Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530680C2 RU2530680C2 RU2013101112/02A RU2013101112A RU2530680C2 RU 2530680 C2 RU2530680 C2 RU 2530680C2 RU 2013101112/02 A RU2013101112/02 A RU 2013101112/02A RU 2013101112 A RU2013101112 A RU 2013101112A RU 2530680 C2 RU2530680 C2 RU 2530680C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working chamber
- concentrator
- workpiece
- metal
- rotation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использовано при изготовлении металлических изделий с повышенной износостойкостью поверхности. Для повышения эффективности и надежности работы устройство включает ультразвуковой генератор, предназначенный для преобразования физических характеристик переменного тока - частоты, соединенный с магнитострикционным преобразователем, в котором происходит преобразование электромагнитных колебаний в ультразвуковые, на котором жестко смонтирован концентратор, выполненный из металла в виде усеченного конуса и предназначенный для изменения амплитуды ультразвуковых колебаний. На коническом концентраторе установлена и жестко закреплена рабочая камера, снабженная крышкой, заполненная дробью и легирующим веществом. Рабочая камера выполнена в виде металлической чаши, имеющей форму овала в горизонтальном сечении. В верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально расположенные отверстия, в которых размещены подшипники скольжения для закрепления и вращения обрабатываемой детали внутри рабочей камеры. Отверстия в рабочей камере выполнены на расстоянии от низа рабочей камеры, определяемом расчетным путем. Вращение обрабатываемой детали осуществляется от электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использовано при изготовлении металлических изделий с повышенной износостойкостью поверхности.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для упрочнения поверхности металлических изделий, включающее: рабочую камеру с крышкой с выполненным, ней отверстием для закрепления обрабатываемой детали и заполненную металлической дробью и легирующим веществом, ультразвуковой генератор, магнитострикционный преобразователь и ступенчатый концентратор [патент РФ №2287020 - прототип].
Недостатком устройства является то, что оно не позволяет получить равномерное упрочнение по всей рабочей поверхности обрабатываемой детали, а следовательно, и равномерную износостойкость. Так как деталь в рабочей камере размещается по вертикальной оси, то при таком ее расположении в рабочей камере степень покрытия дробью боковых поверхностей будет меньше, чем торцевых.
Также недостатком устройства является недостаточная надежность за счет использования в устройстве ступенчатого концентратора, который представляет собой металлический стержень переменного сечения, при этом соединение одного сечения с другим является местом концентрации напряжения и, как следствие, источником возникновения трещин.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства за счет конструктивного исполнения, направленного на повышение равномерности упрочнения по всей поверхности обрабатываемой детали.
Техническая задача решается тем, что в устройстве для упрочнения металлических изделий, содержащем ультразвуковой генератор, магнитострикционный преобразователь, концентратор, рабочую камеру с крышкой, заполненную дробью и легирующим веществом, рабочая камера выполнена в виде чаши, в горизонтальном сечении имеющей форму овала, в верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально противоположные отверстия с размещенными в них подшипниками скольжения для закрепления и вращения внутри рабочей камеры обрабатываемого изделия, а концентратор выполнен в виде усеченного конуса, при этом вращение обрабатываемого изделия внутри рабочей камеры осуществляется с помощью электродвигателя, причем скорость вращения обрабатываемой детали:
где τобр - продолжительность процесса обработки; kт=8 - безразмерный коэффициент, определенный опытным путем, который учитывает требуемую скорость поворота детали, при которой происходит полное покрытие дробью и легирующим веществом сегмента детали, равного 1/8 (45°) части детали.
Горизонтальное расположение обрабатываемой детали в рабочей камере на заданном расстоянии L и ее вращение в процессе обработки с заданной скоростью вращения обеспечивают равномерное покрытие дробью и легирующим веществом всей площади обрабатываемой поверхности, обеспечивая равномерное упрочнение, а следовательно, и износостойкость поверхности детали.
Кроме этого, использование в устройстве концентратора, выполненного в виде металлического усеченного конуса, позволяет избежать сосредоточения точек концентрации напряжения, а следовательно, возникновения трещин, что способствует повышению надежности работы устройства.
Таким образом, новым техническим результатом заявляемого изобретения является конструктивное исполнение устройства с горизонтальным расположением обрабатываемой детали внутри рабочей камеры с возможностью ее вращения в процессе обработки, что позволяет обеспечить по сравнению с прототипом равномерное упрочнение всей поверхности обрабатываемой детали, а следовательно, повышает эффективность работы устройства, а использование в устройстве конического концентратора позволяет избежать точек концентрации напряжения в металле, приводящих к возникновении трещин, что способствует повышению надежности работы устройства.
Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом:
- на фиг.1 схематично представлено устройство для обработки поверхности металлических изделий;
- на фиг.2 представлена фотография модифицированного слоя, получаемого в результате деформирования и упрочнения поверхности детали;
- на фиг.3 представлен образец в процессе испытания.
Устройство для обработки поверхности металлических изделий содержит ультразвуковой генератор 1, предназначенный для преобразования физических характеристик переменного тока (частота), соединенный с магнитострикционным преобразователем 2, в котором происходит преобразование электромагнитных колебаний в ультразвуковые, на котором жестко смонтирован концентратор 3, выполненный из металла в виде усеченного конуса и предназначенный для изменения амплитуды ультразвуковых колебаний. На коническом концентраторе 3 установлена и жестко закреплена рабочая камера 4, снабженная крышкой 5, заполненная дробью и легирующим веществом. Рабочая камера 4 выполнена в виде металлической чаши, имеющей форму овала в горизонтальном сечении. В верхней части рабочей камеры 4 выполнены диаметрально расположенные отверстия 6, в которых размещены подшипники скольжения 7 для закрепления и вращения обрабатываемой детали 8 внутри рабочей камеры. Отверстия 6 в рабочей камере выполнены на расстоянии L от низа рабочей камеры, определяемом расчетным путем исходя из математической зависимости:
где χ=0,6 - безразмерный коэффициент, учитывающий взаимодействие дроби между собой;
- безразмерный коэффициент восстановленной скорости дробинки; νш1 - скорость отскока дроби от детали; νш0 - скорость падения дроби на деталь; mш·gш - вес дробинки; ωу - частота ультразвуковых колебаний; F(z) - сила удара дробинки по обрабатываемой поверхности; mш - масса дробинки; ξ - амплитуда ультразвуковых колебаний.
В процессе обработки осуществляется вращение обрабатываемой детали, при этом скорость вращения определяется с помощью математического выражения:
где τобр - продолжительность процесса обработки; kт=8 - безразмерный коэффициент, определенный опытным путем, который учитывает требуемую скорость поворота детали, при которой происходит полное покрытие дробью и легирующим веществом сегмента детали, равного 1/8 (45°) части детали.
Вращение обрабатываемой детали осуществляется от электродвигателя.
Устройство работает следующим образом.
В рабочую камеру 4 помещают дробь и легирующее вещество, вставляют в технологические отверстия 6 рабочей камеры обрабатываемую деталь 8 и закрывают рабочую камеру крышкой 5. При включении устройства ультразвуковые колебания от магнитострикционного преобразователя 2 передаются в конический концентратор 3, проходя через который изменяют свою амплитуду колебаний за счет переменного сечения конического концентратора. Механические колебания посредством конического концентратора 3 передаются на стенки камеры 4, дробь и легирующее вещество приходят в движение до соударения с обрабатываемой деталью 7. Для равномерной обработки поверхности детали дробью и легирующим веществом всей поверхности обрабатываемой детали 8 в процессе обработки осуществляют ее вращение от электродвигателя.
Пример конкретного исполнения
Для проверки заявляемого устройства был изготовлен опытный образец из стали марки 40X, представляющий собой металлический диск диаметром 51 мм и толщиной 12 мм, который подвергался обработке.
Процесс обработки осуществлялся при следующих режимах: частота ультразвукового поля - 22 кГц, общая масса дроби 20 г, общая масса легирующего вещества 4 г, расстояние L=5 мм, скорость вращения детали - 4 град/сек, продолжительность процесса обработки 90 сек.
Расстояние L было определено следующим образом:
Скорость вращения детали в процессе обработки была определена следующим образом:
Испытания на износостойкость проводили при следующих режимах: скорости вращения детали 750 об/мин, нагрузке в процессе испытания 200 Н и продолжительности испытания 150 мин. Количество повторений испытаний было принято 5 согласно критерию Стьюдента.
Результаты испытаний на износостойкость представлены в таблице.
Примеры | Абсолютное значение износа | |
Прототип | Предлагаемое устройство | |
1 | 0,28 | 0,23 |
2 | 0,25 | 0,24 |
3 | 0,27 | 0,22 |
4 | 0,26 | 0,23 |
5 | 0,25 | 0,24 |
Из анализа результатов испытаний на износостойкость обработанных поверхностей видно, что предлагаемое устройство в сравнении с устройством по прототипу позволяет повысить износостойкость обрабатываемых поверхностей в среднем на 15% за счет более равномерного упрочения обрабатываемой поверхности детали по всей длине и за счет горизонтального размещения детали внутри рабочей камеры.
Claims (2)
1. Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий, содержащее ультразвуковой генератор, магнитострикционный преобразователь, концентратор, рабочую камеру с крышкой, заполненную дробью и легирующим веществом, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде чаши, в горизонтальном сечении имеющей форму овала, причем в верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально расположенные отверстия с размещенными в них подшипниками скольжения для закрепления и вращения внутри рабочей камеры обрабатываемого изделия, которое осуществляется с помощью электродвигателя, при этом используется концентратор, выполненный в виде усеченного конуса.
2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вращение обрабатываемой детали осуществляется со скоростью ϖ,
где τобр - продолжительность процесса обработки; kт=8 - безразмерный коэффициент, учитывающий требуемую скорость поворота детали, при которой происходит полное покрытие дробью и легирующим веществом сегмента детали, равного 1/8 (45°) части детали.
где τобр - продолжительность процесса обработки; kт=8 - безразмерный коэффициент, учитывающий требуемую скорость поворота детали, при которой происходит полное покрытие дробью и легирующим веществом сегмента детали, равного 1/8 (45°) части детали.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013101112/02A RU2530680C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013101112/02A RU2530680C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013101112A RU2013101112A (ru) | 2014-07-20 |
RU2530680C2 true RU2530680C2 (ru) | 2014-10-10 |
Family
ID=51215169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013101112/02A RU2530680C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530680C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1252145A1 (ru) * | 1985-01-03 | 1986-08-23 | Омский политехнический институт | Ультразвуковое устройство дл упрочнени деталей |
RU2191101C2 (ru) * | 2000-06-14 | 2002-10-20 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | Устройство для ультразвукового деформационного упрочнения стальными шариками |
RU2197541C1 (ru) * | 2001-11-12 | 2003-01-27 | Кукушкин Николай Николаевич | Способ упрочнения инструментов и деталей и установка для осуществления способа |
RU2287020C1 (ru) * | 2005-04-18 | 2006-11-10 | Джамиль Умярович Думболов | Способ упрочнения поверхности металлических изделий |
-
2013
- 2013-01-09 RU RU2013101112/02A patent/RU2530680C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1252145A1 (ru) * | 1985-01-03 | 1986-08-23 | Омский политехнический институт | Ультразвуковое устройство дл упрочнени деталей |
RU2191101C2 (ru) * | 2000-06-14 | 2002-10-20 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | Устройство для ультразвукового деформационного упрочнения стальными шариками |
RU2197541C1 (ru) * | 2001-11-12 | 2003-01-27 | Кукушкин Николай Николаевич | Способ упрочнения инструментов и деталей и установка для осуществления способа |
RU2287020C1 (ru) * | 2005-04-18 | 2006-11-10 | Джамиль Умярович Думболов | Способ упрочнения поверхности металлических изделий |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013101112A (ru) | 2014-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sandá et al. | Surface state of Inconel 718 ultrasonic shot peened: Effect of processing time, material and quantity of shot balls and distance from radiating surface to sample | |
RU2501608C2 (ru) | Вибрационная мельница | |
CN110864988B (zh) | 一种研究空蚀演进过程的装置及方法 | |
RU2530680C2 (ru) | Устройство для упрочнения поверхности металлических изделий | |
CA2450369A1 (en) | Method for processing welded metalwork joints by high-frequency hummering | |
Rao et al. | Effect of vibratory tungsten inert gas welding on tensile strength of aluminum 5052-H32 alloy weldments | |
RU2529327C2 (ru) | Способ комбинированного упрочнения поверхности деталей | |
RU2449878C2 (ru) | Способ обработки деталей | |
Lee et al. | Study of inner micro cracks on rolling contact fatigue of bearing steels using ultrasonic nano-crystalline surface modification | |
Dudnikov et al. | Substantiation of parameters for the technological process of restoring machine parts by the method of plastic deformation | |
Burlachenko et al. | Increase of the wear resistance of metal details on the basis of a simultaneous application of the high-test cover and ultrasonic vibrations | |
UA9175U (en) | Ultrasonic device for strengthening and nano-structurization of the surface of metals | |
Ganiev et al. | Ultrasonic treatment by an intermediate striker: Tool dynamics and material improvement | |
RU2503532C1 (ru) | Способ комбинированной обработки точением и поверхностным пластическим деформированием | |
Jasionowski et al. | The destruction mechanism of titanium subjected to cavitation erosion | |
RU2338593C2 (ru) | Способ определения энергозатрат в процессе формирования продуктов размола | |
RU2007104372A (ru) | Способ виброударной обработки поверхностей тонкостенных деталей | |
Bordeasu et al. | Influence of the vibratory test facility type and parameters upon the cavitation erosion evolution | |
Schönbauer et al. | Influence of stress ratio and environmental surface degradation on the VHCF behaviour of steam turbine blade steels | |
RU2719673C1 (ru) | Способ ультразвуковой обработки изделий из стеклокерамики | |
RU122920U1 (ru) | Устройство для волочения проволоки | |
RU2553124C2 (ru) | Способ упрочнения металлических деталей машин | |
Vodă et al. | Correlation between mass loss on the cavitation erosion and the fatigue stress level for a martensitic stainless steel | |
Vardanjani et al. | Analysis of Vibratory Stress Relief (VSR) Parameters on Mechanical and Metallurgical Properties of AISI 1008 | |
Bereteu et al. | Vibroacustical Method for Measuring the Effect of Cavitation Erosion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150110 |