RU2639398C1

RU2639398C1 - Method and device for finishing-strengthening processing of interior surfaces of parts

Info

Publication number: RU2639398C1
Application number: RU2016151933A
Authority: RU
Inventors: Владимир Зиновьевич Зверовщиков; Александр Евгеньевич Зверовщиков; Анатолий Владимирович Зверовщиков; Елена Анатольевна Чарина
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2017-12-21

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: parts are installed in a container and the hydrodynamical flow of the working fluid is pumped through the cavities of the parts. The parts are given translational rotation in a plane perpendicular to the flow. The flow velocity is determined depending on the characteristics of the working bodies, process fluid and angular velocity of the translational rotation of the parts.

EFFECT: providing uniform removal of metal on the shaped profile of parts and ensuring the stability of their dimensions.

3 cl; 8 dwg

Description

Изобретение относится к области машино- и приборостроения и может быть использовано при отделочно-упрочняющей обработке деталей типа тонкостенных втулок, колец или труб, преимущественно с фасонными внутренними поверхностями, в частности волноводов и соединительных элементов волноводных трактов.The invention relates to the field of machine and instrument engineering and can be used for finishing and hardening processing of parts such as thin-walled bushings, rings or pipes, mainly with shaped internal surfaces, in particular waveguides and connecting elements of waveguide paths.

Известны способы для обработки внутренних полостей деталей потоком суспензии, в котором в качестве твердой фракции используют абразивные частицы или мелкоразмерные фарфоровые или металлические шарики [1, 2, 3, 4], причем контактное давление частиц твердой фракции суспензии и перемещение по обрабатываемой поверхности создают давлением жидкости при помощи насосов, статическим сжатием рабочей среды и низкочастотными вибрациями или центробежными силами, обусловленными планетарным вращением деталей. Известны также устройства [5, 6] для реализации этих способов.Known methods for treating the internal cavities of parts with a suspension stream, in which abrasive particles or small-sized porcelain or metal balls are used as a solid fraction [1, 2, 3, 4], moreover, the contact pressure of the particles of the suspension solid fraction and movement along the surface to be treated create liquid pressure using pumps, static compression of the working medium and low-frequency vibrations or centrifugal forces due to planetary rotation of parts. Also known devices [5, 6] for the implementation of these methods.

Недостатками известных способов и устройств является отсутствие стабильности качественных характеристик обработанных поверхностей по фасонному профилю, особенно, если поперечное сечение детали отличается от окружности, и конструктивная сложность как самих устройств, так и кинематики привода, что снижает их надежность.The disadvantages of the known methods and devices is the lack of stability of the qualitative characteristics of the machined surfaces along the shaped profile, especially if the cross section of the part differs from the circumference, and the structural complexity of both the devices themselves and the drive kinematics, which reduces their reliability.

Наиболее близкими заявляемому изобретению являются «Способ обработки изделий по авт. свид. 814683 [3] и «Дробеметная установка для обработки деталей типа труб» по авт. свид. 952560 [5]. В прототипе способа по авт. свид. 814683 обработка осуществляется путем трансформации частиц твердой фракции гидроабразивной суспензии в плотный брусок, копирующий форму профиля обрабатываемых колец, установленных пакетом в контейнер, под действием центробежных сил, возникающих при планетарном вращении контейнеров. Обработка производится при непрерывной циркуляции гидроабразивной суспензии через внутренние полости деталей, установленных в контейнере, причем для интенсификации обработки на труднодоступных участках профиля детали сообщают как осевые, так и радиальные осциллирующие движения.Closest to the claimed invention are the "Method of processing products according to ed. testimonial. 814683 [3] and "Shot blasting machine for processing parts such as pipes" by ed. testimonial. 952560 [5]. In the prototype method according to ed. testimonial. 814683 processing is carried out by transforming the particles of the solid fraction of the hydroabrasive slurry into a dense bar, copying the profile shape of the processed rings installed by the package in the container under the action of centrifugal forces arising from the planetary rotation of the containers. Processing is carried out with continuous circulation of the hydroabrasive slurry through the internal cavities of the parts installed in the container, and for the intensification of processing in hard-to-reach sections of the profile of the part, both axial and radial oscillating movements are reported.

Недостатками известного способа являются неравномерный съем металла на различных участках профиля, так как при значительных перепадах диаметральных размеров контактные давления на выступах и во впадинах будут существенно отличаться, а также отсутствие эффективной обработки деталей с контуром в виде многоугольника или эллипса в поперечном сечении, поскольку условия для формирования устойчивого плотного бруска на обрабатываемой поверхности будут нарушены.The disadvantages of this method are the uneven removal of metal in different sections of the profile, since with significant differences in diametric dimensions, the contact pressures on the protrusions and in the depressions will differ significantly, as well as the lack of effective processing of parts with a contour in the form of a polygon or ellipse in cross section, since the conditions for the formation of a stable dense bar on the treated surface will be disrupted.

В прототипе устройства по авт. свид. 952560 обрабатываемые детали (трубы) устанавливают вертикально на периферии планшайбы в патрубки опорных втулок, смонтированных с эксцентриситетом в корпусе планшайбы, которым сообщается вращение по окружности с радиусом, равным величине эксцентриситета, посредством зубчатых колес, смонтированных в корпусе планшайбы, и вокруг собственной оси при помощи обрезиненых роликов, а рабочая среда в виде закаленных шариков с веретенным маслом или сферических абразивных гранул в виде суспензии гидронасосом подается в приемник, а оттуда самотеком поступает в полости обрабатываемых труб.In the prototype of the device according to ed. testimonial. 952560 workpieces (pipes) are installed vertically on the periphery of the faceplate in the nozzle of the support sleeves mounted with an eccentricity in the faceplate body, which is rotated around a circle with a radius equal to the eccentricity by means of gears mounted in the faceplate body and around its own axis with rubberized rollers, and the working medium in the form of hardened balls with spindle oil or spherical abrasive granules in the form of a suspension of a hydraulic pump is fed into the receiver, and from there by gravity enters the cavity of the processed pipes.

За счет эксцентриситета падающие в потоке технологической жидкости рабочие тела ударяются о внутренние стенки детали, производя упрочнение или полирование.Due to the eccentricity, the working fluids falling in the flow of the technological fluid hit the internal walls of the part, hardening or polishing.

Существенным недостатком устройства является низкая интенсивность воздействия рабочих тел на обрабатываемые поверхности, так как только при определенном соотношении переносного вращения труб, обусловленного эксцентриситетом, и скорости свободного падения рабочих тел будет происходить контактное взаимодействие обрабатываемых стенок трубы с рабочими телами. Большинство рабочих тел, приобретая при падении большую по сравнению с технологической жидкостью кинетическую энергию, будет сосредотачиваться вдоль оси трубы, а следовательно, лишь небольшая часть рабочих тел будет взаимодействовать со стенками трубы. Кроме того, верхние участки трубы будут обрабатываться менее интенсивно, или вообще останутся необработанными, так как рабочие тела будут свободно падать практически при отсутствии контакта со стенками, что делает невозможным равномерную обработку труб по длине, а особенно при наличии на внутренней стенке трубы сложнопрофильных участков, например гофрированных секций волноводных трактов.A significant drawback of the device is the low intensity of the impact of the working fluid on the machined surface, since only with a certain ratio of the portable rotation of the pipes due to the eccentricity and the speed of free fall of the working fluid will the contact interaction of the treated pipe wall with the working fluid occur. Most of the working fluid, when it acquires more kinetic energy than the process fluid, will concentrate along the axis of the pipe, and therefore only a small fraction of the working fluid will interact with the walls of the pipe. In addition, the upper sections of the pipe will be processed less intensively, or will generally remain unprocessed, since the working bodies will freely fall in the absence of contact with the walls, which makes it impossible to uniformly process the pipes along the length, and especially if there are complex sections on the inner wall of the pipe, for example corrugated sections of waveguide paths.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности отделочно-упрочняющей обработки, расширение технологических возможностей для обработки деталей произвольной формы в поперечном сечении и достижение стабильного качества поверхностей деталей.The technical result of the claimed invention is to increase the performance of finishing and hardening processing, expanding technological capabilities for processing parts of arbitrary shape in cross section and achieving a stable quality of the surfaces of the parts.

Технический результат достигается тем, что в способе отделочно-упрочняющей обработки внутренних поверхностей деталей, при котором через пустотелые детали прокачивают поток рабочей среды, а деталям сообщают переносное вращение в плоскости, перпендикулярной движению потока, причем скорость υ движения потока суспензии задают из условияThe technical result is achieved by the fact that in the method of finishing and hardening treatment of the internal surfaces of the parts, in which the flow of the working medium is pumped through the hollow parts, and the parts are informed of portable rotation in a plane perpendicular to the flow movement, the suspension flow velocity υ being set from the condition

,

,

где f - коэффициент трения скольжения рабочих тел и обрабатываемых поверхностей деталей;where f is the coefficient of sliding friction of the working fluid and the machined surfaces of the parts;

d - эквивалентный размер рабочих тел (абразивных частиц);d is the equivalent size of the working fluid (abrasive particles);

ω_д - угловая скорость переносного вращения деталей;ω _d - the angular velocity of the portable rotation of the parts;

ρ_м - плотность материала рабочих тел;ρ _m is the density of the material of the working fluid;

e - расстояние между геометрической осью обрабатываемых деталей и осью переносного вращения (эксцентриситет);e is the distance between the geometric axis of the workpiece and the axis of the portable rotation (eccentricity);

D - наибольший диаметр обрабатываемой поверхности;D is the largest diameter of the treated surface;

ρ_ж - плотность технологической жидкости;ρ _W - the density of the process fluid;

g - ускорение свободного падения.g is the acceleration of gravity.

Устройство для реализации способа, содержащее две емкости для рабочей среды, контейнер для установки деталей, привод вращения контейнера с деталями, и систему транспортирования рабочего потока через контейнер с полыми деталями, снабжено контейнером, который смонтирован на опорах, размещенных во внутренней полости эксцентриковой обоймы, установленной с возможностью бесступенчатого изменения углового положения относительно внутренней поверхности полого эксцентрикового вала, кинематически связанного с приводом устройства, а эксцентриковый вал смонтирован с возможностью вращения в опорах, установленных в корпусе устройства, причем величину эксцентриситета е ограничивают диапазоном e=(0,2…0,5)D, а на дне цилиндрических емкостей установлены смесительные устройства, выполненные в виде цилиндров, снабженных боковыми патрубками для подвода технологической жидкости, а внутри цилиндров смонтированы резьбовые втулки, на одном конце которых установлены с возможностью перемещения по резьбе защитные колпаки, а на другом выполнены штуцеры для подсоединения отводящих рабочую среду трубопроводов, причем входные отверстия патрубков для подвода технологической жидкости и отверстия резьбовых втулок, соединенные с трубопроводами для отвода рабочей среды, разделены в цилиндре смесительного устройства эластичными, например, резиновыми диафрагмами.A device for implementing the method, comprising two containers for the working medium, a container for installing parts, a drive for rotating the container with the parts, and a system for transporting the working flow through the container with hollow parts, is equipped with a container that is mounted on supports placed in the inner cavity of the eccentric ferrule installed with the possibility of stepless changes in the angular position relative to the inner surface of the hollow eccentric shaft, kinematically connected with the drive of the device, and the eccentric the oval shaft is mounted for rotation in the supports installed in the device’s body, and the eccentricity e is limited to the range e = (0.2 ... 0.5) D, and mixing devices are installed on the bottom of the cylindrical containers, made in the form of cylinders equipped with side nozzles for supplying the process fluid, threaded bushings are mounted inside the cylinders, on one end of which protective caps are mounted with the possibility of moving along the thread, and on the other there are made fittings for connecting the working food pipelines, wherein inlets of the pipes for supplying the processing liquid holes and threaded sleeves connected to the piping for discharging the working medium, are separated in cylinder mixing apparatus elastic, e.g., rubber diaphragms.

Сравнение известных технических решений с заявляемыми показало, что существенными отличительными признаками заявляемого способа являются: сообщение рабочему потоку, прокачиваемому через полости обрабатываемых деталей, скорости υ, при которой величина гидравлических сил потока, движущих рабочие тела, окажется достаточной для преодоления силы трения (резания), обусловленной прижатием рабочих тел к обрабатываемой стенке деталей центробежными силами, возникающими при переносном вращении деталей, установленных в контейнер, причем величину этой скорости определяют по предложенному расчетному соотношению.A comparison of the known technical solutions with the claimed ones showed that the essential distinguishing features of the proposed method are: a message to the work flow pumped through the cavities of the workpieces, speed υ, at which the magnitude of the hydraulic forces of the flow moving the working bodies will be sufficient to overcome the friction (cutting) force, due to the pressing of the working fluid to the workpiece wall by centrifugal forces arising from the portable rotation of the parts installed in the container, and the inu of this speed is determined by the proposed design relationship.

Устройство для реализации способа также характеризуется существенными отличительными признаками, совокупностью новых функциональных элементов и связей, которыми являются: эксцентриковая обойма с установленными в ней с возможностью вращения на опорах контейнером с обрабатываемыми деталями, смонтированная на внутренней поверхности полого эксцентрикового вала. с возможностью бесступенчатого изменения углового положения относительно эксцентрикового вала, кинематически связанного с приводом устройства, а эксцентриковый вал при этом установлен с возможностью вращения в опорах, смонтированных в корпусе устройства, причем величину эксцентриситета обоймы относительно полого вала ограничивают диапазоном e=(0,2…0,5)D, где D - наибольший диаметр обрабатываемой поверхности детали, кроме того, на дне двух цилиндрических емкостей, предназначенных для заполнения рабочими телами, установлены смесительные устройства, выполненные в виде цилиндров, снабженных боковыми патрубками для подвода технологической жидкости, а внутри цилиндров смонтированы резьбовые втулки, на одном конце которых установлены с возможностью перемещения по резьбе защитные колпаки, а на другом выполнены штуцеры для подсоединения отводящих рабочую среду трубопроводов, при этом входные отверстия патрубков для подвода технологической жидкости и отверстия резьбовых втулок, соединенные с трубопроводами для отвода рабочей среды, разделены в цилиндре смесительного устройства эластичными, например резиновыми, диафрагмами.A device for implementing the method is also characterized by significant distinguishing features, a set of new functional elements and connections, which are: an eccentric ferrule with a container with machined parts mounted on it with the possibility of rotation on supports, mounted on the inner surface of a hollow eccentric shaft. with the possibility of stepless changes in the angular position relative to the eccentric shaft kinematically connected with the drive of the device, and the eccentric shaft is mounted to rotate in the supports mounted in the device case, and the amount of eccentricity of the holder relative to the hollow shaft is limited to the range e = (0.2 ... 0 , 5) D, where D is the largest diameter of the surface of the workpiece, in addition, at the bottom of two cylindrical containers intended to be filled with working bodies, mixing devices made in the form of cylinders equipped with side nozzles for supplying the process fluid, and threaded bushings are mounted inside the cylinders, protective caps are mounted on one end of which are movable along the thread, and fittings are made on the other for connecting pipelines that divert the working medium, while the input the holes of the nozzles for supplying the process fluid and the holes of the threaded sleeves connected to the pipelines for draining the working medium are separated in the cylinder of the mixing device elastic-keeping, for instance rubber, the diaphragms.

Технических решений со сходными отличительными признаками по патентной и научно-технической литературе не обнаружено, следовательно, заявляемые способ и устройство обладают существенными отличиями.No technical solutions with similar distinctive features were found in the patent and scientific and technical literature, therefore, the claimed method and device have significant differences.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема для реализации способа; на фиг. 2 представлена в увеличенном размере конструкция смесительного устройства, на фиг. 3 и 4 разрезы по корпусу устройства в продольном А-А и поперечном Б-Б направлениях, а на фиг. 5, 6, 7 и 8 различные формы профиля обрабатываемых деталей в поперечном сечении.In FIG. 1 shows a structural diagram for implementing the method; in FIG. 2 shows an enlarged view of the design of the mixing device, FIG. 3 and 4 are cuts along the body of the device in longitudinal AA and transverse BB directions, and in FIG. 5, 6, 7, and 8 different cross-sectional shapes of the workpiece profile.

Устройство, реализующее способ, состоит из корпуса 1 (фиг. 1), установленного на основании 2, привода 3, емкостей 4 и 5 с рабочими телами, соединительных трубопроводов 6 и 7 и эластичных резинотканевых рукавов 8 и 9. В корпусе устройства смонтирован с возможностью вращения в подшипниковых опорах полый эксцентриковый вал 10 (фиг. 3), на котором жестко установлен шкив 11 ременной передачи 12, соединенной с приводом 3. В полости эксцентрикового вала 10 установлена с возможностью углового поворота эксцентриковая обойма 13. Внутри эксцентриковой обоймы установлены опоры, на которых смонтирован контейнер 14, в который помещены обрабатываемые детали 15. Контейнер 14 установлен с возможностью принудительного переносного вращения вокруг оси O₁ (фиг. 4). Расстояние e между геометрической осью пакета обрабатываемых деталей (осью контейнера) О и осью переносного вращения O₁ можно регулировать, изменяя угловое положение эксцентриковой обоймы относительно эксцентрикового вала от 0 до 2e (e - величина эксцентриситета обоймы и вала).A device that implements the method consists of a housing 1 (Fig. 1) installed on the base 2, drive 3, containers 4 and 5 with working bodies, connecting pipelines 6 and 7 and elastic rubber-fabric hoses 8 and 9. It is mounted with the possibility of mounting rotation in the bearings, the hollow eccentric shaft 10 (Fig. 3), on which the pulley 11 of the belt drive 12 connected to the drive 3 is rigidly mounted. An eccentric ferrule 13 is mounted with the possibility of angular rotation in the cavity of the eccentric shaft 10. Inside the eccentric ferrule the supports are mounted on which the container 14 is mounted in which the workpieces are placed 15. The container 14 is mounted with the possibility of forced portable rotation around the axis O ₁ (Fig. 4). The distance e between the geometric axis of the package of workpieces (container axis) O and the axis of portable rotation O ₁ can be adjusted by changing the angular position of the eccentric cage relative to the eccentric shaft from 0 to 2e (e is the value of the eccentricity of the cage and shaft).

Для возможности прокачивания рабочего потока через обрабатываемые внутренние поверхности деталей типа втулок, колец или труб, устанавливаемых в контейнер торцы контейнера 14 соединены посредством резьбовых крышек 16 и 17 с эластичными резинотканевыми рукавами 8 и 9. Использование эластичных резинотканевых рукавов позволяет герметизировать торцы контейнера и компенсировать некоторое увеличение длины рукавов в зависимости от установленного расстояния е при переносном вращении контейнера. Отсутствие вращения контейнера вокруг собственной оси позволило упростить конструкцию устройства и повысить его надежность, так как герметизация подвижного сопряжения трубопровода с контейнером при прокачивании через него рабочего потока с мелкими рабочими телами является сложной технической задачей.In order to be able to pump the work flow through the machined inner surfaces of parts such as bushings, rings or pipes installed in the container, the ends of the container 14 are connected by means of threaded covers 16 and 17 with elastic rubber-fabric hoses 8 and 9. Using elastic rubber-fabric hoses allows sealing the ends of the container and compensates for some increase sleeve lengths depending on the set distance e during portable rotation of the container. The lack of rotation of the container around its own axis made it possible to simplify the design of the device and increase its reliability, since sealing the movable interface of the pipeline with the container when pumping the work flow through it with small working bodies is a difficult technical task.

Для достижения стабильной концентрации рабочих тел в потоке технологической жидкости на дне емкостей 4 и 5 смонтированы смесительные устройства, которые выполнены в виде цилиндров 18 (фиг. 2, выноска I на фиг. 1) с закрепленными на боковой поверхности патрубками 19 для подвода технологической жидкости в емкости с рабочими телами, а внутри цилиндров смонтированы резьбовые втулки 20, снабженные с одного конца защитными колпаками 21, установленными с зазором к входным отверстиям резьбовых втулок, а с другой стороны на них выполнены штуцеры для соединения с отводящими рабочий поток трубопроводами 6 и 7 посредством резинотканевых рукавов. При этом входные отверстия патрубков для подвода технологической жидкости и отверстия резьбовых втулок, соединенные с трубопроводами для отвода рабочей среды разделены в цилиндре смесительного устройства эластичными, например резиновыми, диафрагмами 22.In order to achieve a stable concentration of working fluid in the flow of process fluid, mixing devices are mounted on the bottom of tanks 4 and 5, which are made in the form of cylinders 18 (Fig. 2, callout I in Fig. 1) with nozzles 19 fixed on the side surface for supplying the process fluid to containers with working bodies, and threaded bushings 20 are mounted inside the cylinders, provided with protective caps 21 at one end, installed with a gap to the inlets of the threaded bushings, and on the other hand, fittings for them are made insignia with pipelines 6 and 7 diverting the working stream by means of rubber-fabric hoses. In this case, the inlet openings of the nozzles for supplying the process fluid and the openings of the threaded sleeves connected to the pipelines for draining the working medium are separated in the cylinder of the mixing device by elastic, for example, rubber, diaphragms 22.

Чтобы регулировать концентрацию рабочих тел в потоке технологической жидкости резьбовые втулки 20, установлены с возможностью перемещения в емкостях 4 и 5 по резьбовым направляющим 23, жестко вмонтированным в дно цилиндров 18 смесительных устройств. Фиксация резьбовых втулок 20 в нужном положении осуществляется контргайкой 24. В верхней части емкостей 4 и 5 вмонтированы керамические решетки 25 и 26, которые препятствуют выносу рабочих тел через клапаны 27 и 28.To regulate the concentration of the working fluid in the flow of the process fluid, the threaded sleeves 20 are mounted to move in tanks 4 and 5 along the threaded guides 23, rigidly mounted in the bottom of the cylinders 18 of the mixing devices. The threaded sleeves 20 are fixed in the desired position by the lock nut 24. Ceramic grids 25 and 26 are mounted in the upper part of the tanks 4 and 5, which prevent the removal of the working fluid through the valves 27 and 28.

Способ отделочно-упрочняющей обработки осуществляют следующим образом. Обрабатываемые детали 15 типа втулок, колец, труб, преимущественно со сложной формой внутренней поверхности (различные формы деталей в поперечном сечении, в частности элементов волноводных трактов, приведены на фиг. 5, 6, 7 и 8), устанавливают в контейнер 14, торцы которого соединяют при помощи резьбовых крышек 16 и 17 с эластичными резинотканевыми рукавами 8 и 9 (см. фиг. 3). Поворачивают эксцентриковую обойму 13 относительно внутренней поверхности пологого эксцентрикового вала 10 и устанавливают необходимую величину расстояния e между геометрической осью О обрабатываемых деталей (или пакета деталей) и осью O₁ переносного вращения.The method of finishing hardening treatment is as follows. The workpieces 15 such as bushings, rings, tubes, mainly with a complex shape of the inner surface (various shapes of parts in cross section, in particular elements of waveguide paths, are shown in Fig. 5, 6, 7 and 8), are installed in the container 14, the ends of which are connected using threaded covers 16 and 17 with elastic rubber-fabric sleeves 8 and 9 (see Fig. 3). The eccentric cage 13 is rotated relative to the inner surface of the gently sloping eccentric shaft 10 and the necessary distance e is established between the geometric axis O of the workpieces (or package of parts) and the portable rotation axis O ₁ .

Одну из емкостей, например 4 (см. фиг. 1), загружают рабочими телами до уровня фильтрационной керамической решетки 25, а другую емкость 5 оставляют пустой. В емкость 4 подают через патрубок 19 технологическую жидкость (обычно воду с различными присадками) под давлением 0,2…0,4 МПа. Воздух и избыток жидкости из заполняемой емкости выходят через клапан 27. Подаваемая под давлением жидкость заполняет емкость 4 и поровое пространство между рабочими телами и создает в емкости 4 избыточное давление. Жидкость под давлением обладает значительной кинетической энергией и, захватывая рабочие тела, через цилиндр 18 (см. фиг. 2) смесительного устройства в виде рабочего потока устремляется через отверстие в резьбовой втулке 20, трубопровод 6 и соединительный рукав 8 в контейнер 14 (см. фиг. 3) с обрабатываемыми деталями 15. Рабочий поток проходит контейнер с деталями и через резинотканевый рукав 9, трубопровод 7 поступает в емкость 5, постепенно заполняя ее.One of the containers, for example 4 (see Fig. 1), is loaded with working fluids to the level of the filtering ceramic grid 25, and the other container 5 is left empty. Technological liquid (usually water with various additives) under pressure of 0.2 ... 0.4 MPa is supplied to tank 4 through a pipe 19. Air and excess liquid from the filled tank exit through the valve 27. The liquid supplied under pressure fills the tank 4 and the pore space between the working bodies and creates excess pressure in the tank 4. The liquid under pressure has significant kinetic energy and, capturing the working fluid through the cylinder 18 (see Fig. 2) of the mixing device in the form of a working stream rushes through the hole in the threaded sleeve 20, the pipe 6 and the connecting sleeve 8 into the container 14 (see Fig. 3) with the workpieces 15. The working stream passes the container with the parts and through the rubber-fabric sleeve 9, the pipeline 7 enters the tank 5, gradually filling it.

Одновременно с подачей технологической жидкости в емкость 4 включают привод 3 переносного вращения деталей. Поэтому рабочий поток, попадая в контейнер с деталями, подвергается действию центробежных сил и рабочие тела интенсивно взаимодействуют с обрабатываемыми стенками канала деталей.Simultaneously with the supply of process fluid to the tank 4 include a drive 3 portable rotation of parts. Therefore, the working stream, falling into the container with the parts, is subjected to centrifugal forces and the working bodies intensively interact with the machined walls of the parts channel.

Условием эффективной обработки внутренних поверхностей деталей, в частности стенок каналов волноводов, при прокачивании через них рабочего потока является соблюдение соотношенияThe condition for effective processing of the internal surfaces of parts, in particular the walls of the channels of the waveguides, when pumping the work flow through them, is to comply

где F_Г - гидравлические силы потока, движущие рабочие тела;where F _G - hydraulic flow forces moving the working fluid;

F_TP - сила трения рабочих тел о поверхности обрабатываемых деталей.F _TP - the friction force of the working fluid on the surface of the workpiece.

Величину силы F_Г определим по выражению:The value of the force F _{G is} determined by the expression:

,

где λ - коэффициент вязкого сопротивления технологической жидкости;where λ is the coefficient of viscous resistance of the process fluid;

υ_r - скорость движения рабочих тел в потоке жидкости относительно обрабатываемых поверхностей деталей.υ _r is the velocity of the working fluid in the fluid flow relative to the machined surfaces of the parts.

Коэффициент λ определим по формуле [Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., «Наука», 1970, 904 с.]:The coefficient λ is determined by the formula [Loytsyansky L.G. Mechanics of fluid and gas. M., "Science", 1970, 904 pp.]:

где d - эквивалентный диаметр рабочего тела (для абразивных частиц определяется зернистостью шлифовального материала);where d is the equivalent diameter of the working fluid (for abrasive particles is determined by the granularity of the grinding material);

μ - коэффициент динамической вязкости технологической жидкости.μ is the dynamic viscosity coefficient of the process fluid.

Величину силы трения F_TP определим по выражению:The value of the friction force F _{TP is} determined by the expression:

где F_Ц - величина центробежной силы, прижимающей рабочие тела к обрабатываемой поверхности;where F _C - the magnitude of the centrifugal force pressing the working fluid to the work surface;

F_A - выталкивающая архимедова сила жидкости, препятствующая контакту рабочих тел с обрабатываемой поверхностью.F _A is the buoyancy force of the Archimedean fluid, which prevents the contact of the working fluid with the treated surface.

Центробежную силу F_Ц найдем по формуле:The centrifugal force F _C we find by the formula:

где ω_к - угловая скорость вращения контейнера с деталями;where ω _to - the angular velocity of rotation of the container with parts;

m - масса рабочего тела или абразивной частицы;m is the mass of the working fluid or abrasive particles;

e - величина эксцентриситета;e is the eccentricity value;

D - диаметр наибольшей обрабатываемой поверхности.D is the diameter of the largest surface to be treated.

Принимая с некоторым допущением форму рабочего тела сферической, массу m рабочего тела, в том числе абразивной частицы, определим по формуле:Taking with some assumption the shape of the working fluid is spherical, the mass m of the working fluid, including the abrasive particle, is determined by the formula:

где d - эквивалентный диаметр рабочего тела;where d is the equivalent diameter of the working fluid;

ρ_м - плотность материала рабочего тела.ρ _m - the density of the material of the working fluid.

Тогда величину архимедовой силы найдем по выражению:Then the magnitude of the Archimedean force will be found by the expression:

где ρ_ж - плотность технологической жидкости;where ρ _W - the density of the process fluid;

Подставляя выражения (2), (3), (4), (5), (6) и (7) в неравенство (1), после преобразований найдемSubstituting expressions (2), (3), (4), (5), (6) and (7) into inequality (1), after transformations we find

В качестве шлифовального материала для обработки стальных деталей используют абразивные частицы различной зернистости и фарфоровые шары, а для деталей из алюминия и латуни (волноводы) применяют металлические или стеклянные мелкие шарики, чтобы избежать шаржирования обрабатываемой поверхности продуктами процесса резания.Abrasive particles of various grain sizes and porcelain balls are used as grinding material for processing steel parts, and metal or glass small balls are used for aluminum and brass parts (waveguides) in order to avoid sharpening the surface to be treated with products of the cutting process.

Режимы обработки назначают с соблюдением условия (8) в зависимости от жесткости детали и размеров канала в поперечном сечении и состояния исходной поверхности.Processing modes are prescribed in compliance with condition (8), depending on the rigidity of the part and the dimensions of the channel in the cross section and the state of the initial surface.

При меньшей скорости движения рабочих тел происходит заращивание и забивание поперечного сечения внутренних поверхностей деталей или канала трубы (волновода), что делает невозможным дальнейшую обработку.At a lower speed of movement of the working fluid, the cross-section and clogging of the cross section of the internal surfaces of the parts or the pipe channel (waveguide) are clogged, which makes further processing impossible.

Переносное движение контейнера и угловой скоростью со_к приводит к воздействию на рабочий поток центробежных сил, эквивалентных радиальным вибрациям, параметры которых определяются частотой вращения деталей с контейнером и расстоянием между осями деталей и переносного вращения, т.е. эксцентриситетом e.Portable container movement and angular velocity _to lead to an effect on work flow centrifugal forces equivalent radial vibrations, parameters of which are determined by the frequency of rotation of parts of the container and the distance between the axes of rotation of items and portable, i.e. eccentricity e.

В процессе обработки происходит постепенное заполнение емкости 5 с рабочими телами и технологической жидкостью. Воздух и избыток жидкости из емкости 5 выходят через клапан 28, причем избыток жидкости при заполнении емкостей как 4, так и 5 направляется в отстойник и повторно используется после очистки для обработки. После заполнения емкости 5 производят реверсирование рабочего потока. Для этого прекращают подачу жидкости в емкость 4 и подают жидкость под давлением в емкость 5 до тех пор, пока все рабочие тела из емкости 5 не перейдут в емкость 4. Затем снова повторяют реверсирование рабочего потока.In the process of processing there is a gradual filling of the tank 5 with the working fluid and the process fluid. Air and excess liquid from the tank 5 exit through the valve 28, and the excess liquid when filling the tanks as 4 and 5 is sent to the sump and reused after cleaning for processing. After filling the tank 5 produce a reversal of the workflow. To do this, stop the flow of fluid into the tank 4 and supply the liquid under pressure to the tank 5 until all the working bodies from the tank 5 are transferred to the tank 4. Then, the reverse of the working flow is repeated.

Управление реверсированием рабочего потока и настройку длительности цикла обработки деталей производят в автоматическом режиме с использованием электромагнитных клапанов, датчиков уровня в емкостях и реле времени.Management of the reversal of the work flow and setting the duration of the cycle of processing parts are carried out automatically using electromagnetic valves, level sensors in tanks and timers.

Предлагаемая технология позволяет стабильно достигать высокого качества поверхности для любого профиля деталей как в продольном, так и в поперечном сечениях, а также значительно повысить производительность обработки.The proposed technology allows you to consistently achieve high surface quality for any profile of parts in both longitudinal and cross sections, as well as significantly increase processing productivity.

Устройство для реализации способа работает следующим образом. A device for implementing the method works as follows.

Обрабатываемые детали 15 (фиг. 3) устанавливаются в контейнер 14, который резьбовыми втулками 16 и 17 подсоединяется через резинотканевые рукава 8 и 9 и трубопроводы 6 и 7 к емкостям 4 и 5 (см. фиг. 1) для образования замкнутой системы циркуляции рабочего потока.The workpieces 15 (Fig. 3) are installed in the container 14, which is connected with threaded sleeves 16 and 17 through rubber-fabric sleeves 8 and 9 and pipelines 6 and 7 to tanks 4 and 5 (see Fig. 1) to form a closed system for circulating the work flow .

Чтобы обеспечить переносное вращение деталей поворачивают эксцентриковую обойму 13 относительно полого эксцентрикового вала 10 и устанавливают необходимую величину радиуса е между геометрической осью детали (пакета деталей) и осью переносного вращения. При этом величина параметра е должна находиться в диапазоне e=(0,2…0,5)D. При e<0,2D величина центробежных сил, прижимающих рабочие тела к обрабатываемой поверхности и создающих необходимое контактное давление, становится недостаточной для эффективной обработки как абразивными телами для отделочной, так и неабразивными для упрочняющей обработки. В то же время при e>0,5D ударное воздействие рабочих тел приводит к возникновению кратеров на обрабатываемых поверхностях или глубоких лунок, а также нарушается устойчивое пространственное положение рабочих тел в виде уплотненного слоя (сегмента в поперечном сечении) на поверхностях деталей, что приводит к резкому снижению качественных характеристик поверхности.To ensure the portable rotation of the parts, turn the eccentric ferrule 13 relative to the hollow eccentric shaft 10 and set the required radius e between the geometrical axis of the part (package of parts) and the axis of portable rotation. In this case, the value of the parameter e should be in the range e = (0.2 ... 0.5) D. At e <0.2 D, the magnitude of the centrifugal forces pressing the working fluid to the work surface and creating the necessary contact pressure becomes insufficient for effective processing by both abrasive bodies for finishing and non-abrasive ones for hardening processing. At the same time, for e> 0.5D, the impact of the working fluid leads to craters on the machined surfaces or deep holes, and the stable spatial position of the working fluid in the form of a compacted layer (segment in the cross section) on the surfaces of the parts is violated, which leads to a sharp decrease in the quality characteristics of the surface.

Для создания гидродинамического потока в емкости 4 открывается клапан 27, а в емкости 5 закрывается клапан 28. Технологическая жидкость под давлением подается в емкость 4 через патрубок 19 смесительного устройства и, заполнив емкость 4, создает избыточное давление, которое образует гидродинамический поток, транспортирующий рабочие тела из емкости 4 через отверстие в резьбовой втулке 20 смесительного устройства, трубопровод 6 в контейнер 14 с деталями 5 и трубопровод 7 в емкость 5. Одновременно с подачей жидкости в емкость 4 включается привод 3 переносного вращения деталей.To create a hydrodynamic flow in the tank 4, the valve 27 opens, and in the tank 5 the valve 28 is closed. The process fluid under pressure is supplied to the tank 4 through the nozzle 19 of the mixing device and, filling the tank 4, creates excess pressure, which forms a hydrodynamic flow transporting the working fluid from the tank 4 through the hole in the threaded sleeve 20 of the mixing device, the pipe 6 into the container 14 with parts 5 and the pipe 7 into the tank 5. Simultaneously with the liquid supply to the tank 4, the drive 3 is switched on nasal rotation details.

Смесительные устройства, установленные в емкостях 4 и 5, предназначены для регулирования концентрации рабочих тел в потоке жидкости. Жидкость, подаваемая под давлением через патрубок 19 в цилиндр 18 смесительного устройства, отгибает эластичную диафрагму 22, заполняет емкость 4 и в виде гидродинамического потока, захватывая рабочие тела, поступает в отверстие резьбовой втулки 20. Чтобы избежать забивания отверстия втулки рабочими телами, предусмотрен колпак 21. Эластичная диафрагма 22 при этом опускается и препятствует попаданию рабочих тел в полость цилиндра 18 смесителя. Изменяя положение резьбовой втулки, жестко соединенной с колпаком, по высоте относительно эластичной диафрагмы 22, можно регулировать концентрацию рабочих тел в потоке жидкости. При увеличении зазора между колпаком 21 и диафрагмой 22, что достигается перемещением вверх резьбовой втулки 20 по резьбовым направляющим, возрастает концентрация суспензии, так как уменьшается сопротивление движению рабочих тел с потоком жидкости. Для уменьшения концентрации рабочих тел в потоке жидкости уменьшают зазор между колпаком 21 и диафрагмой 22. Закрепление втулки 20 с колпаком 21 в нужном положении производится контргайкой 24.Mixing devices installed in tanks 4 and 5 are designed to control the concentration of working fluid in the fluid stream. The liquid supplied under pressure through the pipe 19 to the cylinder 18 of the mixing device, bends the elastic diaphragm 22, fills the container 4 and, in the form of a hydrodynamic flow, capturing the working fluid, enters the hole of the threaded sleeve 20. To avoid clogging of the bore of the sleeve with working bodies, a cap 21 is provided The elastic diaphragm 22 thus lowers and prevents the ingress of working fluid into the cavity of the cylinder 18 of the mixer. By changing the position of the threaded sleeve, rigidly connected to the cap, in height relative to the elastic diaphragm 22, you can adjust the concentration of the working fluid in the fluid flow. With an increase in the gap between the cap 21 and the diaphragm 22, which is achieved by moving up the threaded sleeve 20 along the threaded guides, the concentration of the suspension increases, since the resistance to movement of the working fluid with the fluid flow decreases. To reduce the concentration of the working fluid in the fluid stream, the gap between the cap 21 and the diaphragm 22 is reduced. The sleeve 20 is fixed with the cap 21 in the desired position with the lock nut 24.

После окончания цикла обработки деталей, настраиваемого при помощи реле времени, отключается привод 3 вращения деталей, отворачивается крышка 14 и производится смена деталей.After the cycle of machining parts, configured using a time relay, the drive 3 rotates the parts, the cover 14 is turned off and the parts are changed.

Использование жидкости для транспортирования рабочих тел позволяет применять антикоррозионные и поверхностно-активные вещества для повышения качественных характеристик обработанных поверхностей деталей.The use of liquid for transporting working fluids allows the use of anticorrosive and surfactants to improve the quality characteristics of the treated surfaces of the parts.

Пример. Обработке подвергались внутренние поверхности подшипников скольжения (втулки с внутренней фасонной поверхностью). Наибольший внутренний диаметр втулок D=20 мм, материал сталь 40Х, исходная шероховатость R_a=5…2,5 мкм.Example. The internal surfaces of the plain bearings (bushings with an internal contoured surface) were machined. The largest inner diameter of the bushings is D = 20 mm, the material is steel 40X, the initial roughness R _a = 5 ... 2.5 microns.

В качестве рабочих тел использовалось шлифзерно электрокорунда нормального марки 14A40. Для зернистости 40 средний размер частиц основной фракции составляет d=0,45⋅10^-3 м. Плотность материала ρ_м=3,9⋅10³ кг/м³. Технологическая жидкость - вода с добавками технического мыла (1%) и антикоррозионными присадками (0,5%). Коэффициент динамической вязкости воды μ=1,005⋅10^-3 кг/м.с.As working fluids, grinding grade normal electrocorundum 14A40 was used. For grain size 40, the average particle size of the main fraction is d = 0.45⋅10 ^-3 m. The density of the material is ρ _m = 3.9⋅10 ³ kg / m ³ . Process liquid - water with technical soap additives (1%) and anti-corrosion additives (0.5%). The coefficient of dynamic viscosity of water is μ = 1.005⋅10 ^-3 kg / m.s.

Скорость движения рабочих тел (абразивных частиц) в потоке жидкости составляла υ_r=2 м/с.The velocity of the working fluid (abrasive particles) in the fluid flow was υ _r = 2 m / s.

Частота переносного вращения деталей n_д=800 мин^-1. Угловая скорость контейнера ω_к=83,8 рад/с.The frequency of the portable rotation of the parts n _d = 800 min ^-1 . The angular velocity of the container ω _k = 83.8 rad / s.

Величина эксцентриситета e=8⋅10^-3 м.The magnitude of the eccentricity e = 8⋅10 ^-3 m.

Коэффициент трения абразивных частиц по стали f=0,15…0,2.The friction coefficient of abrasive particles on steel f = 0.15 ... 0.2.

Величина гидравлических сил потока жидкости, приложенных к абразивной частице, составила:The magnitude of the hydraulic forces of the fluid flow applied to the abrasive particle was:

F_Г=3πdμ⋅υ_r=3π⋅0.45⋅10^-3⋅1.005⋅10^-3⋅2=8.53⋅10^-6 Н.F _Г = 3πdμ⋅υ _r = 3π⋅0.45⋅10 ^-3⋅ 1.005⋅10 ^-3 ⋅2 = 8.53⋅10 ^-6 N.

Величина силы трения (резания) для принятых режимов обработки составилаThe value of the friction force (cutting) for the adopted processing modes was

Таким образом, условие (1) выполняется, что создает предпосылки для эффективной обработки.Thus, condition (1) is satisfied, which creates the prerequisites for efficient processing.

Величину минимально допустимой скорости движения потока суспензии, необходимую для обработки определим по выражению (8):The value of the minimum allowable flow rate of the suspension flow necessary for processing is determined by the expression (8):

.

Следовательно, минимально допустимая скорость движения потока суспензии, для принятой степени уплотнения рабочих тел, составляет 1,08 м/с.Therefore, the minimum allowable velocity of the suspension flow, for the accepted degree of compaction of the working fluid, is 1.08 m / s.

Поэтому условие (8) для принятой скорости υ_r=2 м/с выполняется.Therefore, condition (8) for the accepted velocity υ _r = 2 m / s is satisfied.

Установлено, что за цикл обработки длительностью t=4 мин шероховатость поверхности снизилась с R_a=5…2,5 мкм до R_a=0,3…0,2 мкм, что соответствует техническим требованиям к рабочей поверхности подшипника скольжения.It was established that during the treatment cycle with a duration of t = 4 min, the surface roughness decreased from R _a = 5 ... 2.5 μm to R _a = 0.3 ... 0.2 μm, which corresponds to the technical requirements for the working surface of a sliding bearing.

По сравнению с обработкой без переносного вращения вдвое сократилась длительность обработки и в 1,.5 раза снизилась шероховатость поверхности по параметру R_a.Compared to machining without portable rotation, the machining time was halved and the surface roughness in the parameter R _a decreased by a factor of 1.5.

Конструкция устройства обеспечивает высокую надежность работы и стабильную концентрацию рабочих тел в потоке технологической жидкости в течение всего цикла обработки.The design of the device provides high reliability and a stable concentration of working fluid in the flow of the process fluid during the entire processing cycle.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. 837825, СССР. Способ гидроабразивной обработки внутренних поверхностей деталей и устройство для его осуществления. / Г.Д. Масляный, Б.А. Смирнов // Опубл. в БИ №22 - 1981.1. A.S. 837825, USSR. The method of waterjet processing of the internal surfaces of parts and a device for its implementation. / G.D. Maslyany, B.A. Smirnov // Publ. in BI No. 22 - 1981.

2. А.с. 1315254, СССР. Способ вибрационной обработки внутренней поверхности длинномерных деталей. / А.П. Бабичев, В.В. Дятлов, И.А. Бабичев, М.А. Тамиркин, А.Б. Коровайко // Опубл. в БИ №21 - 1987.2. A.S. 1315254, USSR. The method of vibration processing of the inner surface of long parts. / A.P. Babichev, V.V. Dyatlov, I.A. Babichev, M.A. Tamirkin, A.B. Korovayko // Publ. in BI No. 21 - 1987.

3. А.с. 814683, СССР Способ обработки изделий. / A.Н. Мартынов, М.М. Свирский, А.В. Тарнопольский, В.З. Зверовщиков, П.В. Нечаев, А.С. Долуда // Опубл. в БИ №11 - 1981.3. A.S. 814683, USSR Method for processing products. / A.N. Martynov, M.M. Svirsky, A.V. Tarnopolsky, V.Z. The Beasters, P.V. Nechaev, A.S. Doluda // Publ. in BI No. 11 - 1981.

4. Патент 2572684, Российская Федерация. Способ центробежной обработки внутренних поверхностей мелкоразмерных деталей. / B.З. Зверовщиков, А.Е. Зверовщиков, А.В. Стешкин // Опубл. в БИ №2 - 2016.4. Patent 2572684, Russian Federation. The method of centrifugal processing of the inner surfaces of small parts. / B.Z. Zversovschikov, A.E. Zverovshchikov A.V. Steshkin // Publ. in BI No. 2 - 2016.

5. А.с. 952560, СССР. Дробеметная установка для обработки деталей типа труб / Н.И. Тимохин, Л.Г. Одинцов, В.С. Сысоева // Опубл. в БИ №31 - 1982.5. A.S. 952560, USSR. Shot blasting machine for processing parts like pipes / N.I. Timokhin, L.G. Odintsov, V.S. Sysoeva // Publ. in BI No. 31 - 1982.

6. А.с. 743854, СССР. Устройство для обработки дробью внутренних поверхностей труб. / А.А. Земсков, В.П. Кудин, Б.А. Этингоф // Опубл. в БИ №24 - 1980.6. A.S. 743854, USSR. A device for processing shot internal surfaces of pipes. / A.A. Zemskov, V.P. Kudin, B.A. Etingof // Publ. in BI No. 24 - 1980.

Claims

1. The method of finishing and hardening treatment of the internal surfaces of parts, in which the hollow parts are installed in the container and the working medium is pumped through them by the working fluid in the form of a suspension, and circular portable rotation is reported to the parts with the container in a plane perpendicular to the movement of the working fluid flow, characterized in that the velocity υ of the movement of the working medium is set from the condition

,

where f is the coefficient of sliding friction of the working fluid and the machined surfaces of the parts;

d is the equivalent size of the working fluid;

ω _D is the angular velocity of the portable rotation of the parts;

ρ _m is the density of the material of the working fluid;

e is the distance between the geometric axis of the workpiece and the axis of the portable rotation (eccentricity);

D is the largest diameter of the treated surface;

ρ _W - the density of the process fluid;

g is the acceleration of gravity;

μ is the dynamic viscosity coefficient of the suspension fluid.

2. Device for finishing and hardening processing of the internal surfaces of parts, containing two containers for the working medium, communicating through the machined cavities of the parts, a container for installing parts, a drive for rotating the container with parts and a system for transporting the working medium through the container with hollow parts, characterized in that the container for installing parts is mounted on supports located in the internal cavity of the eccentric cage, which is installed with the possibility of stepless changes in the angular field the relative eccentric shaft relative to the inner surface of the hollow eccentric shaft kinematically connected with the drive of the device, while the eccentric shaft is mounted to rotate in supports mounted in the device body, the eccentricity e of the eccentric cage and shaft being

e = (0.2 ... 0.5) D.

3. The device according to claim 2, characterized in that at the bottom of the containers for the working medium, mixing devices are installed, made in the form of cylinders, equipped with side nozzles for supplying the process fluid, and threaded bushings are mounted inside the cylinders, at one end of which they are mounted for movement there are protective caps on the thread, and on the other there are fittings for connecting pipelines that divert the working medium, and the inlet openings of the nozzles for supplying the process fluid and the holes of the threaded bushings connected to pipelines for draining the working medium are separated in the cylinder of the mixing device by elastic, for example rubber, diaphragms.