SU1136887A1 - Устройство дл ультразвукового упрочнени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к поверхностному пластическому деформированию деталей машин при помощи кинетической энергии перемещающихс  рабочих тел, например стальных щариков, и может быть использовано в различных отрасл х мащиностроени .

Известно устройство дл  ультразвукового упрочнени  деталей, содержащее рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрического стакана, к дну которого прикреплен источник ультразвуковых колебаний, а с противоположного горца с зазором, меньшим размера рабочих тел, помещенных на дно стакана, установлен фланец дл  закреплени  обрабатываемой детали, причем высота и периметр цилиндра кратны четверти длины поперечной и продольной ультразвуковых волн в материале камеры 1.

Известно также ультразвуковое устройство дл  упрочнени  деталей, содержащее источник ультразвуковых колебаний, соединенный с волноводом, выполненным в виде тонкостенного цилиндрического стакана , на тонкостенной части которого через кольцевой фланец закреплена рабоча  камера с цилиндрической поверхностью, при этом диаметр камеры превышает наружный диаметр стакана-волновода, на дно которого помещены щарики, а с противоположной стороны , с зазором относительно торца рабочей камеры, установлено приспособление дл  закреплени  обрабатываемой детали 2.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что при упрочнении крупногабаритных дисковых деталей диаметром 500- 1500 мм, когда требуетс  обрабатывать не всю поверхность детали, а только некоторые , более нагруженные части, например зубь  венца шестерен или межпазовые выступы дисков компрессора и турбины газотурбинного двигател , дл  создани  рабочего объекта камеры, озвучиваемой ультразвуковыми колебани ми, приходитс  использовать металлоемкие конструкции. Кроме того, при обработке этих деталей требуетс  перестановка детали и повторна  обработка дл  упрочнени  поверхностей с другой стороны, что снижает производительность и ухудщает качество обработки поверхностей, дважды подвергающихс  упрочнению .

Цель изобретени  - повыщение производитедьности ультразвукового упрочнени  дисковых деталей за счет одновременной обработки всей упрочн емой заготовки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем ультразвуковой преобразователь с концентратором, соединенным с камерой, в которую помещены рабочие инструменты в виде щариков, камера выполнена в виде части полого тора.

внутренн   поверхность, которого служит дл  размещени  рабочих инструментов и детали, а на наружной поверхности, симметрично плоскости, проход щей через больший диаметр тора, выполнен кольцевой выступ , при этом щирина кольцевого выступа не превыщает высоты торовой части, а длина средней дуги сечени  тора кратна целому числу четвертей изгибной волны в стенке тора.

Кроме того, с целью получени  равномерного распределени  амплитуд смещений по окружности тора, площадь поперечного сечени  цилиндрического выступа плавно уменьшаетс  в обе стороны от места соединени  камеры с концентратором.

По высоте торовой части на стороне, противоположной месту соединени  камеры с концентратором, выполнен паз.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство дл  ультразвукового упрочнени  дисковых деталей, разрез. Устройство содержит источник ультразвуковых колебаний - магнитострикционный преобразователь 1 со ступенчатым концентратором 2. На последнем закреплена

5 рабоча  камера 3, выполненна  в виде части полого тора 4 высотой Н, переход щей в цилиндрический выступ 5 шириной L. Длина средней дуги б сечени  торовой части 4 кратна целому числу четвертей длины изгибной волны в стенке тора 4. Цилиндрический выступ 5 в нижней части 7, соединенной с концентратором 2, имеет высоту h и эта высота постепенно плавно уменьшаетс  до величины ha в верхней части 8 выступа. По высоте торовой части на стороне 9, пр мопротивоположной месту 10 ввода колебаний, на рассто нии, равном целому четному числу четвертей длины изгибной волны от этого места, выполнен паз 11. Глубина его вз та в пределах 0,2-0,8 толщины сечени  стенок выступа 5 и части

тора 4.

Устройство имеет съемные крышки 12 и 13, создающие закрытый объем камеры 3. Крышки установлены с воздушным зазором 14 относительно тора. Приспособление

5 дл  закреплени  обрабатываемой детали 16 выполнено в виде шпиндел  15 специального механизма, обеспечивающего необходимые перемещени  детали при наладке и обработке (не показан). В камеру 3 засыпаны рабочие инструменты - шарики 17.

. Устройство работает следующим образом. Снимаетс  крышка 12, деталь 16 закрепл етс  на шпинделе 15 специального механизма , обеспечивающего вращение детали 16 в процессе обработки по оси камеры или эксцентрично ей, и деталь приводитс  во вращение, крыщка 12 закрываетс . После включени  преобразовател  1 ультразвуковые колебани  передаютс  концентратору 2, который возбуждает колебани  в кольцевом выступе 5 и оболочке части тора 4. Под воздействием ультразвуковых колебаний инструменты - шарики 17 получают скорость, равную колебательной скорости стенки части тора 4, и удар ют по поверхности обрабатываемой детали 16, упрочн   ее. После окончани  обработки колебани  отключаютс , крышка 12 снимаетс , деталь 16 замен етс  новой деталью. Выполнение рабочей камеры 3 в виде части полого тора позвол ет проводить равномерную и одновременную обработку дисковых деталей, имеюших нагруженные части, например зубь  венца шестерни, межпазовые выступы дисков компрессора и пр., так как только такой профиль рабочей камеры позвол ет равномерно охватить всей излучаюшей поверхностью обрабатываемые части детали, показанной на фиг. 1. Если выполнить поверхность камеры в виде эллипса, гиперболы или другой геометрической фигуры, то охват дисковой детали по окружности будет неравномерным. Рассто ние пролета шариков от излучаюшей поверхности до зубьев шестерен, например , будет различным, равно как и удар ,в разных част х по окружности излучаюшей поверхности. Кольцевой выступ5 позвол ет увеличить акустическую жесткость оболочки и тем самым увеличить амплитуду колебаний ее стенок. Так как оболочка имеет большие размеры, то происходит затухание колебаний в материале тора и уменьшение амплитуды колебаний в верхней ее части. Чтобы компенсировать это уменьшение, плош,адь nonepv. 1НОГО сечени  кольцевого выступа выполнена плавно уменьшаюшейс  в обе стороны от места соединени  камеры с концентратором . Длина средней дуги 6 сечени  торовой части выбираетс  равной кратному целому числу четвертей длины изгибной волны, так как именно в этом случае наблюдаетс  резонансный режим работы всей колёбательНОИ системы и, следовательно, интенсивна  и равномерна  обработка деталей по всей поверхности. Ширина кольцевого выступа не должна превышать высоты торовой части и длины изгибной волны в оболочке тора , так как в противном случае возникает резка  неравномерность распределени  амплитуд по ширине выступа: в месте ввода колебаний будет резкий максимум амплитуды , а на периферии стенки оболочки - резкое уменьшение. Наличие паза 11, выполненного со стороны наружной поверхности цилиндрического кольца по всей высоте торовой части на стороне 9, пр мо противоположной месту 10 ввода колебаний, на рассто нии, равном целому четному числу четвертей длины изгибной волны от этого места, позвол ет акустически «разв зать правую и левую части тора и стабилизировать частотную характеристику. В результате устанавливаетс  более равномерное распределение амплитуд nq окружности тора и, следовательно , более равномерна  обработка детали . Враш.ение заготовки внутри устройства предусмотрено по следующим причинам. При колебани х шарики подхватываютс  мощным акустическим потоком, им также сообщаетс  вертикальна  скорость при ударе о стенку и цдарики, оказыва сь в верхней части устройства,, упрочн ют зйготовку. Однако вследствие силы т жести шарики все-таки в большей мере оказываютс  внизу устройства и могут более интенсивно упрочн ть именно нижнюю часть детали. Чтобы этого не происходило, заготовка равномерно вращаетс . Одновременность упрочнени  всех поверхностей сложнофасонных элементов дисковой детали позвол ет уменьшить продолжительность обработки путем отсутстви  переустановки и повторного упрочнени , а также путем повышени  удельной работоспособности ударов по обрабатываемой поверхности в единицу времени.

Claims (3)

1. (54 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ содержащее ультразвуковой преобразователь с концентратором, соединенным с камерой, в которую помещены рабочие инструменты в виде шариков, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности при обработке кольцевых 'деталей, камера вы полнена в виде части полого тора, внутренняя поверхность которого служит для размещения рабочих инструментов и детали, а на наружной поверхности, симметрично плоскости, проходящей через больший диаметр тора, выполнен кольцевой выступ, при этом ширина кольцевого выступа нс превышает торовой части, а длина средней дуги сечения тора кратна целому числу четвертей длины изгибной волны в стенке тора.
2. 2. Устройство по π. I, отличающееся тем, что, с целью получения равномерного распределения амплитуд смещении ио окружности тора, площадь поперечного сечения цилиндрического выступа плавно уменьшается в обе стороны от места соединения камеры с концентратором.
3. 3. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что по высоте торовой части на стороне. противоположной месту соединения камеры с концентратором, выполнен паз.