RU2755497C1

RU2755497C1 - Apparatus for hardening treatment of parts by plastic deformation with a flow of working bodies

Info

Publication number: RU2755497C1
Application number: RU2020124197A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Фёдорович Аулов; Валерий Игоревич Иванов; Алексей Алексеевич Евсюков; Вячеслав Александрович Денисов; Юрий Николаевич Шаповал
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2021-09-16

Abstract

FIELD: shaping.

SUBSTANCE: invention relates to apparatuses for hardening treatment of parts by plastic deformation with a flow of working bodies. The apparatus comprises a housing, a storage hopper, a perforated cover, working bodies, upper and lower gates, an inlet air supply channel with an inlet nozzle and an outlet channel for exit of air, a shaped insert, and an outlet nozzle. The inlet channel is made with a gradual increase in the cross-sectional area thereof on the section from the inlet nozzle to the processing area. The upper gate is installed in the upper part of the shaped insert between the inlet and outlet channels. The perforation on the cover is made in the form of a grid with the size of cells not exceeding the size of the working bodies.

EFFECT: hardening and reduction in the surface roughness of the parts and creation of residual compressive stresses in the parts are ensured.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к упрочняющей обработке деталей и предназначено для использования преимущественно в машиностроительной промышленности. Основная цель применения – упрочнение и уменьшение шероховатости электроискровых покрытий, создание остаточных сжимающих напряжений. Оно может быть использовано для пескоструйной обработки ограниченных по площади участков поверхности деталей. The invention relates to the hardening processing of parts and is intended for use primarily in the engineering industry. The main purpose of the application is to strengthen and reduce the roughness of electrospark coatings, to create residual compressive stresses. It can be used for sandblasting of limited surface areas of parts.

Известно, что пластическая деформация поверхности металлов и сплавов способствует уменьшению шероховатости ее, уплотнению поверхностного слоя, созданию в нем остаточных напряжений сжатия; это позволяет повысить износостойкость и усталостную прочность деталей. Применение поверхностно-пластического деформирования (ППД) металлопокрытий особенно полезно, т.к. при их нанесении возникают в поверхностных слоях деталей растягивающие напряжения, способствующие появлению трещин и дальнейшему разрушению детали.It is known that plastic deformation of the surface of metals and alloys contributes to a decrease in its roughness, compaction of the surface layer, and the creation of residual compressive stresses in it; this improves the wear resistance and fatigue strength of parts. The use of surface plastic deformation (SPD) of metal coatings is especially useful, because when applied, tensile stresses arise in the surface layers of parts, which contribute to the appearance of cracks and further destruction of the part.

Перспективным направлением является динамическая обработка ППД металлических поверхностей, при которой силовому воздействию подвергаются значительные их площади по сравнению с локальной обработкой выглаживанием или обкаткой.A promising direction is the dynamic treatment of the SPD of metal surfaces, in which significant areas of the surface are exposed to force in comparison with local treatment by smoothing or rolling.

Известно устройство для упрочняющей обработки шариками (а.с. SU № 891367, МПК В24В 31/00, 1981), содержащее трубчатый корпус, выполненный в виде скобы, сопло для подачи сжатого газа, а также участок для выхода отработанных газов.Known device for hardening treatment with balls (and.with. SU No. 891367, IPC В24В 31/00, 1981), containing a tubular body, made in the form of a bracket, a nozzle for supplying compressed gas, as well as a section for the exit of exhaust gases.

Недостатком известного устройства является ограниченное применение и неспособность устройства обрабатывать плоские поверхности.The disadvantage of the known device is its limited application and the inability of the device to process flat surfaces.

Известно устройство для упрочнения деталей потоком шариков (а.с. SU № 318467, МПК В24С 1/10, В24С 3/06, 1971), состоящее из корпуса с отверстиями для выхода отработанных газов, профилированного центрального тела, профилированного сопла и сменного насадка.Known device for strengthening parts with a stream of balls (and.with. SU No. 318467, IPC В24С 1/10, В24С 3/06, 1971), consisting of a housing with openings for exhaust gases, a profiled central body, a profiled nozzle and a replaceable nozzle.

Недостатком мзвестного устройства является конструкция профилированного тела, выполненного сплошным, что увеличивает массу устройства и не позволяет использовать профилированное тело в качестве ловушки для шариков.The disadvantage of the known device is the design of the profiled body, made solid, which increases the mass of the device and does not allow the use of the profiled body as a trap for balls.

Известно устройство для упрочняющей динамической обработки деталей (а.с. SU № 536950, МПК В24В 39/00, В24С 3/02, 1976), состоящее из корпуса с полой внутренней вставкой и перегородкой для скатывания шариков, боковых крышек с отверстиями для выхода отработанного газа. Корпус, внутренняя вставка и боковые крышки образуют кольцевой канал, предназначенный для циркуляции потока шариков под действием струи сжатого воздуха, поступающего через профилированное сопло.Known device for strengthening dynamic processing of parts (and.with. SU No. 536950, IPC В24В 39/00, В24С 3/02, 1976), consisting of a body with a hollow inner insert and a partition for rolling balls, side covers with holes for the outlet of waste gas. The body, the inner insert and the side covers form an annular channel designed to circulate the flow of balls under the action of a jet of compressed air entering through a profiled nozzle.

Недостатком известного устройства является высокая вероятность вылета шариков из рабочего канала при перекосе устройства.The disadvantage of the known device is the high probability of the balls flying out of the working channel when the device is skewed.

В качестве прототипа выбрано устройство для упрочняющей динамической обработки деталей (а.с. SU № 556935, МПК B24B 39/00, В24С 3/02, 1977). Устройство содержит корпус, накопительный бункер, крышку с перфорацией, входное сопло, рабочие тела, верхнюю и нижнюю заслонки, входной и выходной каналы подачи воздуха. Через сопло в профилированный канал подаётся сжатый воздух, который разгоняет рабочие тела. Шарики, разгоняясь до требуемой скорости, ударяются об обрабатываемую деталь, упрочняя ее. Заслонки служат для вывода и ввода шариков в профилированную вставку. Через эжектор происходит выход отработанного газа и загон шариков в фасонную вставку через открытую верхнюю заслонку. As a prototype, a device for hardening dynamic processing of parts was selected (and.with. SU No. 556935, IPC B24B 39/00, B24C 3/02, 1977). The device contains a housing, a storage hopper, a perforated cover, an inlet nozzle, working bodies, upper and lower flaps, inlet and outlet air supply channels. Compressed air is supplied through the nozzle into the profiled channel, which accelerates the working fluids. The balls, accelerating to the required speed, hit the workpiece, hardening it. The dampers are used for the outlet and introduction of balls into the profiled insert. The exhaust gas exits through the ejector and the balls are driven into the shaped insert through the open top damper.

Устройство имеет ряд недостатков. Конфигурация рабочего канала постоянного сечения не позволяет увеличивать давление воздуха до требуемых величин, а также уменьшает площадь зоны обработки детали. Наличие эжектора увеличивает габариты и массу устройства. Расположение верхней заслонки не позволяет полностью заполнять фасонную вставку шариками, в результате чего не будет достигнута достаточная плотность потока. В конечном итоге снижается качество обработки рабочей зоны и производительность.The device has several disadvantages. The configuration of the working channel of constant cross-section does not allow increasing the air pressure to the required values, and also reduces the area of the part processing zone. The presence of an ejector increases the dimensions and weight of the device. The location of the upper flap does not allow full filling of the shaped insert with balls, as a result of which a sufficient flow density will not be achieved. Ultimately, the quality of the work area and productivity are reduced.

Техническая задача – повышение производительности и качества обработки всей площади.The technical task is to increase the productivity and quality of processing of the entire area.

Технический результат достигается тем, что устройство для упрочняющей обработки деталей пластической деформацией потоком рабочих тел, включающее корпус, накопительный бункер, крышку с перфорацией, сопло, рабочие тела, верхнюю и нижнюю заслонки, входной и выходной каналы подачи воздуха, согласно изобретению, снабжено выходным соплом, входной канал устройства выполнен с постепенным увеличением площади поперечного сечения на участке от входного сопла до зоны обработки, верхняя заслонка установлена в верхней части фасонной вставки между входным и выходным каналами, а перфорация на крышке выполнена в виде сетки, размер ячеек которой не превышает размера рабочих тел.The technical result is achieved in that the device for hardening processing of parts by plastic deformation by a stream of working bodies, including a housing, a storage hopper, a cover with perforation, a nozzle, working bodies, upper and lower flaps, inlet and outlet air supply channels, according to the invention, is equipped with an outlet nozzle , the inlet channel of the device is made with a gradual increase in the cross-sectional area in the section from the inlet nozzle to the processing zone, the upper damper is installed in the upper part of the shaped insert between the inlet and outlet channels, and the perforation on the cover is made in the form of a grid, the size of the cells of which does not exceed the size of the working Tel.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 показано устройство для упрочняющей обработки деталей пластической деформацией потоком шариков, вид спереди, на фиг. 2 – то же, вид слева, на фиг. 3 – то же, разрез А–А. FIG. 1 shows a device for hardening processing of parts by plastic deformation by a flow of balls, front view, FIG. 2 - the same, left side view, in Fig. 3 - the same, section А – А.

Устройство состоит из корпуса 1, содержащего накопительный бункер 2 и входное 3 и выходное 4 сопла, крышку 5 с отверстием, заслонки 6 и 7, предохранительные сетки 8 и 9, резьбовые втулки 10 и 11, переходник 12 и рабочие тела 13, например, в виде металлических шариков. Корпус 1, крышка 5 и накопительный бункер 2 формируют входной 14 и выходной 15 каналы, окно зоны обработки 16 и рабочую полость 17. Входной канал 14 выполнен с постепенным увеличением площади поперечного сечения на участке от входного сопла 3 до окна зоны обработки 17, что увеличивает площадь обрабатываемой поверхности. Сетка 8 крепится к крышке 5 с помощью прижимной рамы 18. У выходного сопла 4 выполнен прилив 19 с пазом 20 для установки сетки 9. Крышка 5 крепится к корпусу 1 с помощью винтов 21. Заслонка 6 установлена на левой стенке накопительного бункера 2, а заслонка 7 - в верхней части накопительного бункера 2, что увеличивает заполняемость бункера шариками 13. Размер ячеек предохранительных сеток 8 и 9 не превышает размера рабочих тел.The device consists of a housing 1 containing a storage hopper 2 and an inlet 3 and outlet 4 nozzles, a cover 5 with an opening, shutters 6 and 7, safety nets 8 and 9, threaded bushings 10 and 11, an adapter 12 and working bodies 13, for example, in the form of metal balls. The body 1, the cover 5 and the storage hopper 2 form the inlet 14 and outlet 15 channels, the treatment zone window 16 and the working cavity 17. The inlet channel 14 is made with a gradual increase in the cross-sectional area from the inlet nozzle 3 to the treatment zone window 17, which increases the area of the treated surface. The mesh 8 is attached to the cover 5 by means of the clamping frame 18. The outlet nozzle 4 has a boss 19 with a groove 20 for installing the mesh 9. Cover 5 is attached to the body 1 with screws 21. The shutter 6 is installed on the left wall of the storage hopper 2, and the shutter 7 - in the upper part of the storage hopper 2, which increases the filling of the hopper with balls 13. The size of the mesh of the safety nets 8 and 9 does not exceed the size of the working bodies.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Накопительный бункер 2 заранее заполняется рабочими телами 13 в виде металлических шариков. Устройство устанавливается над обрабатываемой поверхностью, участки контакта поверхности и устройства обрабатывают герметиком и ожидают полного затвердевания. Затем открывается нижняя заслонка 6, и стальные шарики 13 попадают в рабочую полость 17. Через входное сопло 3 и переходник 12 подаётся давление от 1,5 до 3 атм. В результате в рабочей полости 17 образуется циркулирующий поток воздуха, переносящий шарики 13. При прохождении воздуха через входной канал 14, который расширяется на участке от входного сопла 3 до окна зоны обработки 17, происходит увеличение давления воздуха во входном канале 14 около окна зоны обработки 17, и шарики 13 разгоняются в нем под увеличивающимся давлением и соударяются с обрабатываемой поверхностью, упрочняя её. Цикл обработки повторяется до тех пор, пока поверхность не приобретает требуемые свойства. Затем происходит открытие верхней заслонки 7, и шарики 13 циркулирующим потоком перемещаются в накопительный бункер 2. В конце операции верхняя заслонка 7 закрывается, а подача воздуха в рабочую полость 17 прекращается. Наличие выходного сопла 4 способствует выходу отработанных газов. Сетки 8 и 9, выполненные из нержавеющей стали, имеют размер ячеек, не превышающий диаметр шариков 13. Они служат для предотвращения вылета шариков 13 из рабочей полости. Благодаря такому размеру ячеек возможно применение устройства в режиме пескоструйной обработки. У выходного сопла 4 сетка 9 ставится в пазы 19 прилива 18, а на крышке 5 сетка 8 удерживается специальной прижимной рамой 17, установленной на крышку 5 с помощью, например, клея. The storage hopper 2 is pre-filled with working bodies 13 in the form of metal balls. The device is installed above the surface to be treated, the areas of contact between the surface and the device are treated with a sealant and await complete hardening. Then the lower flap 6 opens, and the steel balls 13 fall into the working cavity 17. Through the inlet nozzle 3 and the adapter 12, a pressure of 1.5 to 3 atm is supplied. As a result, a circulating air flow is formed in the working cavity 17, which carries the balls 13. When air passes through the inlet channel 14, which expands in the area from the inlet nozzle 3 to the window of the treatment zone 17, an increase in air pressure occurs in the inlet channel 14 near the window of the treatment zone 17 , and the balls 13 are accelerated in it under increasing pressure and collide with the treated surface, hardening it. The processing cycle is repeated until the surface acquires the required properties. Then the upper damper 7 is opened, and the balls 13 are circulated into the storage hopper 2. At the end of the operation, the upper damper 7 is closed, and the air supply to the working cavity 17 is stopped. The presence of the outlet nozzle 4 facilitates the release of exhaust gases. Meshes 8 and 9, made of stainless steel, have a mesh size not exceeding the diameter of the balls 13. They serve to prevent the balls 13 from flying out of the working cavity. Thanks to this mesh size, it is possible to use the device in sandblasting mode. At the outlet nozzle 4, the mesh 9 is placed in the grooves 19 of the tide 18, and on the cover 5 the mesh 8 is held by a special clamping frame 17 mounted on the cover 5 using, for example, glue.

Необходимые характеристики упрочняемого слоя достигаются регулированием давления, количества и размера шариков 13, времени обработки, а также применением переходников 12.The required characteristics of the hardened layer are achieved by adjusting the pressure, the number and size of balls 13, processing time, as well as the use of adapters 12.

Использование устройства позволит повысить производительность и качество обработки рабочей зоны.The use of the device will improve the productivity and quality of processing the working area.

Claims

A device for hardening processing of parts by plastic deformation by a stream of working bodies, containing a housing, a storage hopper, a perforated cover, working bodies, upper and lower flaps, an inlet air supply channel with an inlet nozzle and an air outlet channel, characterized in that it is equipped with a shaped an insert and an outlet nozzle, while the inlet channel is made with a gradual increase in its cross-sectional area in the area from the inlet nozzle to the processing zone, the upper flap is installed in the upper part of the shaped insert between the inlet and outlet channels, and the perforation on the cover is made in the form of a grid, size cells of which does not exceed the size of the working bodies.