SU1629327A1 - Устройство дл вибрационного старени металлических изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в машиностроении при изготовлении длинных валов. Цель изобретени  - улучшение качества путем стабилизации геометрической формы и размеров валов и сокращение времени процесса старени . Устройство дл  вибрационного старени  длинных валов содержит электромагнитный двусторонГО- СО // Й/е.7

Description

J16

ний вибровозбудитель 1 , в середине которого установлен  корь 2, соединенный с подвижным захватом 3, в котором закреплен вал 4. Другой конец вала 4 закреплен в неподвижном захвате 5, который болтами прикреплен к регулирующей втулке 6, имеющий наружную резьбу дл  ее закреплени  в верх

нем конце трубчатого корпуса 7. К нижнему концу трубчатого корпуса 7 присоединен вибровозбудитель 1 . К трубчатому корпусу 7 пристроен поворотный механизм, состо щий из шеек 8, кулачковой муфты 9, черв чного, редуктора 10 и электродвигател  11. 3 ил.

Изобретение относитс  к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в машиностроении при изготовлении длинных валов.

Цель изобретени  - улучшение кат чества путем стабилизации геометри- ческой формы и размеров валов и сокращени  времени процесса старени .

На фиг.1 показана вибрационна  установка , общий вид; на фиг.2 - блок- схема системы вибрационного старени ; на фиг.З - электромагнитный двусторонний вибровозбудитель.

Установка дл  вибрационного старени  длинных валов (фиг.1) содержит электромагнитный двусторонний вибро- возбудитель 1, в середине которого установлен  корь 2, соединенный с подвижным захватом 3, в котором закреплен вал 4. Другой конец последнего закреплен в неподвижном захвате 5, который болтами прикреплен к регулирующей втулке 6, имеющей наружную резьбу дл  ее закреплени  в верхнем конце трубчатого корпуса 1, К нижнему концу трубчатдго корпуса 7 подсое- динен электромагнитный двусторонний вибровозбудитель 1. К трубчатому корпусу 7 пристроен поворотный механизм, состо щий из шеек 8, кулачковой муфты 9 черв чного редуктора 10 и элек- тродвигател  J). Кроме того, устройство содержит пульт 12 управлени  (фиг.2), в котором помещены соединенные между собой блок 13 автоматического управлени ,блок 14 автомати- ческого сканировани , пульт 15 ручного управлени  и устройство 16 выдержки времени, а к блоку 13 автоматического управлени  подсоединено программное устройство 17. К нижней части  кор  2 прикреплен датчик 18 ускорений, к которому последовательно подсоединены измерительный усилитель 19, индикаторы 20 и самописец

5

5

0

5

0 .

0

5

21, К пульту 12 управлени  также подсоединены датчик 22 силы, измерительный усилитель 19 и регулируемый источник 23 питани , который еще, в свою очередь, соединен с электромагнитным двусторонним вибровозбудитёVv

лем 1 и индикатором 20.

Электромагнитный двусторонний- вибровозбудитель 1 (фиг.З) состоит из двух идентичных корпусов 24 и 25, соединенных между собой шпильками 26. В среднем части корпусов размещены радиалъно-шихтованные магнитопроводы 27, в которых уложены обмотки 28 и 29 подмагничивани  и рабочие обмотки 30 и 31 и залиты компаундом К-68. С наружной части корпусов имеютс  ребтза охлаждени . Подвижна  часть электромагнитного двустороннего виб- ровозбудител  1 ( корь 2) изготовлена из радиально-шихтованного магнито- провода, в средней части имеющего, немагнитную ось 32, котора  служит дл  соединени  с подвеской и регулировани  нейтрального положени . Подвижна  часть подвешена на упругих элементах типа мембран 33. Мембраны 33 и ось 32 удерживают  кррь 2 в тат ком положении, что зазоры между ними и полюсами электромагнитов составл ют 2,5 мм,

Устройство работает следующим образом , i

Трубчатый корпус 7 на шейках 8 с помощью поворотного механизма поворачиваетс  в горизонтальное положение и с помощью неподвижного захвата 5 и подвижного захвата 3 вал 4 жестко крепитс  внутри трубчатого корпуса 7. После закреплени  вала 4 весь вибрационный узел с трубчатым корпусом 7 при помоши электродвигател  11, черв чного редуктора 10 и кулачковой муфты 9 поворачиваетс  в вертикаль15

20

25

30

ное положение электромагнитным дву- сторонним вибровозбудителем 1 вниз. Включаетс  электромагнитный двусторонний вибровозбудитель 1 и вал на- гружаетс  симметричной знакопеременной вынуждающей силой раст жени -сжати  на резонансных частотах. Происходит процесс вибростарени  на заданных и контролируемых мощност х и час- Ю тотах. Когда процесс вибростарени  заканчиваетс , установка автоматически выключаетс  и вибрационный узел поворачиваетс  в горизонтальное положение . Освобождаютс  подвижные и неподвижные захваты 3 и 5 и вал 4 вынимаетс  из трубчатого корпуса 7.

Электромагнитный двусторонний вибровозбудитель 1 работает следующим образом. На концы обмоток 28 и 29 подмагничивани , включенных последовательно-встречно , подаетс  посто нное напр жение подмагничивани . При этом по вл ютс  силы электромагнитного прит жени  с обеих сторон  кор  2, одинаковые по величине, вследствие чего  корь 2 остаетс  в положении равновеси . На концы рабочих обмоток 30 и 31, включенных последовательно-согласованно , подаетс  синусоидальное напр жение. При таком включении рабочих обмоток 30 и 31 и обмоток 28 и 29 подмагничивани  в

одной стороне вибровозбудител  переменный поток, создаваемый переменным током, складываетс  с посто нным потоком подмагничивани , а в другой стороне вычитаетс  из потока подмагничивани , тем самым вызыва  по вление силы прит жеки  то в одном, то в противоположном направлении. Когда положительный полупериод подаетс  на обмотку 29, 2 подвергаетс  действию направленной сипы вправо и начинает двигатьс . Когда в обмотку 28 подаетс  отрицательный полупериод напр жени , на  корь 2 действует сила, направленна  влево. При таком режиме работы частота механических колебаний совпадает с частотой питающего напр жени ./

Электромагнитный двусторонний вибровЪзбудитель 1 длинный вал в вертикальном положении вдоль его оси нагружает симметричной знакопеременной вынуждающей силой раст жени -сжати  в динамически напр женном состо нии на резонансных частотах без поперечных изгибов вала, что позвол ет эф35

40

50

де

55

5

0

5

0

5

0

фективно воздействовать на напр жени  второго и третьего рода. Именно поэтому устройство дл  виброобработки позвол ет сокращать технологическое врем  обработки, равномерно и полностью стабилизировать размеры валов практически без уменьшени  их абсолютных значений. Это улучшает качество валов.

Релаксационные процессы интенсивно протекают только в местах концентрации остаточных напр жений. Это повышает сопротивление материала пластическим деформаци м и не только стабилизирует размеры деталей, но и значительно уменьшает опасность воз- .никновени  их кораблени  от действи  нагрузки при обработке и транспортировке . Вибростарение в этом случае протекает очень быстро, процесс непосредственного вибростарени  длинного вала составл л 45 с., а полный технологический цикл - до 2 мин. Этот способ виброобработки  вл етс  эффективным потому, что режим вибрации в услови х резонанса в вале обеспечивает возникновение высоких амплитуд динамических напр жений, что существенно вли ет на перераспределение напр жений во всем объеме материала. В практике развиваетс  не знакопеременна  вынуждающа , а пульсирующа  сила при асимметричном раст гивающем нагружении при нерезонанскых частотах. В этом случае в материале возникают пластические деформации,вли ющие на напр жени  первого рода. Это вызывает упругую деформацию длинных деталей, что ведет к изменению ее геометрической формы и размеров. А это дл  валов недопустимо.

Электромагнитный двусторонний вибровозбудитель 1 собран по дифферент циальной схеме и отличаетс  малым коэффициентом нелинейных искажений и также позвол ет компенсировать наведенную ЭДС в подмагничиваклцих обмотках , а тем самым обеспечивает возможность установки нейтрального положени   кор  по отношению к сердечнику и дает возможность выбирать наиболее выгодный режим колебаний. Также при таком нагружении вала не так существенна модность вибровозбудител , так как режим вибрации в услови х резонанса обеспечивает возникновение в вале высоких амплитуд динамических напр 

жений, что существенно вли ет на перераспределение остаточных напр жений второго и третьего рода во всем объеме материала. Кроме того, дл  качест- венной виброобработки требуютс  малые вибрационные нагрузки с коротким воздействием , по этому можно использовать вибровозбудители с меньшей вынуждающей силой, выигрыва  тем самым в габаритных размерах и массе всего виброустройства .

Системы и средства вибрационного старени  должны обладать хорошей управл емостью , надежностью и простотой в обслуживании. Поэтому пульт 12 управлени  имеет пульт 15 ручного управлени , ,с помощью которого устанавливаетс  частота и амплитуда вынуждающей силы, блок 14 автоматичес- кого сканировани  дл  воспроизведени  амплитудно-частотных характеристик, устройство 16 выдержки времени дл  обработки изделий с необходимым временем виброобработки, блок 13 автома- тического управлени , который при работе в автоматическом режиме поддерг живает частоту вынуждающей силы, равную резонансной частоте вала, программное устройство 17, позвол ющее с достижением стабильности частоты резонансного пика автоматически выключить систему или перевести на другую, заранее заданную частоту резонансного пика. Кроме того, посредством дат- чика 18 ускорени ,,измерительного усилител  19 и датчика 22 силы контролируютс  вибрационные параметры и режимы виброобработки. Основные контролируемые параметры, т.е. частота, амп- литуда колебаний и мощность, потребл ема  источником силы, вывод тс  соответственно на индикаторы 20 и записываютс  самописцем 21.

С помощью пульта 15 ручного управ- лени  устанавливаетс  частота вибростарени  от 5 до 5000 Гц и амплитуда вынуждающей силы от долей миллиметра до 5 мм. Частота регулируетс  задат- чиком скорости электродвигател  пос- то нного тока, вращающего генератора переменного тока. Амплитуда вынуждающей силы регулируетс  подмагничива- нием электромагнитного возбудител . При управлении электромагнитным дву сторонним вибровозбудителем 1 возможно плавное или ступенчатое регулирование амплитуды колеРаниг во всем диапазоне частот - от нул  до максимального значени . При этом частота вынуждающей силы остаетс  посто нной при слабых сопротивлени х колебани м.

Елок 14 автоматического сканировани  позвол ет вибрационную обработку вести в заданном частотном диапазоне (например, включающем несколько резонансных частот F, к F ) и автоматически измен ть частоту от F,, до FЈ (автосканирование частоты). При этом после достижени  частоты F направление сканировани  мен етс  на обратное и частота начинает уменьшатьс  от Ґ до Г . Далее процесс снова повтор етс , т.е. автоматическое сканирование частоты возбуждени  (может осу- ществл тс  и вручную) происходит по замкнутому циклу в пределах выбранного рабочего диапазона от F,, до F и от F до F,f и т.д., содержащих резонансные частоты F,, и F. При возбуждении вала путем автосканировани  частоты возбуждени  по замкнутому циклу происходит детальна  проработка каждого участка вала по той причине, что собственные формы колебаний вала мен ютс  в процессе виброобработки. Вследствие этого обеспечиваетс  более полное и равномерное снижение остаточных напр жений.

Блок 13 автоматического управлени  поддерживает частоту вынуждающей силы в резонансном режиме. В процессе виброобработки с понижением (перераспределением ) остаточных напр жений измен етс  и резонансна  частота вала. Устройство 13 автоматического управлени  следит за изменением частоты и при ее изменении дает команду ввести систему в резонанс (измен ет частоту вибрации соответственно до резонансной ) . Таким образом, система автоматически настраиваетс  на резонанс и следит за его изменением, причем дл  обеспечени  работы на резонансных пиках с крутыми склонами частота должна 1 поддерживатьс  и регулироватьс  с большой точностью. Качество вибро.об- работки и долговечность изделий также сильно зависит от правильности выбора значени  напр жений и числа циклов нагружени .

Окончание виброобработки устанавливаетс  по двум критери м: по достижению стабильности логарифмического декрамента затухающих колебаний обрабатываемого вала и по достижению стабильной резонансной частоты, Окончание виброобработки регистрируетс  и установка автоматически выключаетс . Известна  установка управл етс  ручным способом.

Процесс вибростарени  длинных ва-, лов производ т в вертикальном положении , так как в этом случае исключаетс  прогиб вала от собственного веса, также вал во врем  вибростарени  не должен получать никаких нагру- жений, кроме раст жени -сжати . Эти два услови  очень важные, поскольку в противном случае невозможно достичь стабилизации геометрической формы длинного вала, а это, в большинстве случаев, дл  валов недопустимо , В известном устройстве в случае неодинаковой жесткости пружин или несинхронного перемещени  обоих втулок (что не исключено), в длинном вале возникнет изгибающий момент. Это приводит к тому, что вал, кроме напр жений раст жени -сжати , будет еще периодически подвергатьс  изгибу, а это недопустимо.

Дл  удобства работы трубчатый корпус 7 выполнен поворотным, что ускор ет и улучшает услови  креплени  и изъ ти  длинных валов в установке. При проектировании установки особое внимание Уделено установке, работающей на резонансной частоте, создаваемой дл  здоровь  вредный шум, который полностью экранируетс  , трубчатым корпусом. Применение трубчатого корпуса 7 вместо колонн сильно уменьшает вес и габариты установки. Применение трубчатого корпуса 7 позвол ет легко поворачивать электромагнитный двусторонний вибровозбудитель 1 с обрабатываемой деталью на любой угол. Следовательно, применение трубчатого корпуса 7 решает следующие задачи: улучшает санитарно-гигиенические ус- лови  труда, уменьшает габариты, вес и упрощает конструкцию установки, позвол ет производить поворот всего вибрационного узла с валов. Известное устройство имеет более сложную конструкцию . В нем еще дополнительно ны две колонны с неподвижной и подвижной траверсами, две плоские пружины дл  перемещени  подвижной системы в осевом направлении, механизм статического нагружени , состо щий из двух пружин, специальных стаканов, винтовой, цепной передачи и электродвигател . В св зи с высоким уровнем

5

0

5

0

5

0

5

0

5

шума при работе известного устройства , оно располагаетс  в боксе, а уп- равл юша  аппаратура и сам оператор .находитс  вне его. Это затрудн ет обслуживание устройства и дл  его размещени  требуютс  специальные помещени  .

Использование предлагаемого устройства позвол ет по сравнению с известным стабилизировать геометрическую форму и размеры длинного чала, нагружа  его в вертикальном положении вдоль его оси симметричной знакопеременной вынуждающей силой раст жени -сжати  в динамически напр женном состо нии на резонансных частотах. Это позвол ет эффективно при минимальных нагрузках, исключа  по вление поперечного изгиба, воздействовать на остаточные напр жени  второго и третьего рода длинного вала и поэтому , сокраща  технологическое врем  обработки, равномерно и полностью стабилизировать его размеры практически без изменени  абсолютных значений . Это улучшает качество валов. При этом параметры прочности, твердости и долговечности не снижаютс . Поскольку во врем  обработки в вале возникают высокие амплитуды динамических напр жений, вибростарение протекает очень быстро, процесс непос- средственного вибростарени  длинного вала составл ет 45 с, а полный технологический цикл - до 2 мин.

Устройство вибрационного старени  обладает хорошей управл емостью, надежностью и простотой в обслуживании. Виброобработку можно проводить при ручном или автоматическом управлении. Несущей конструкцией вибрационного устройства  вл етс  трубчатый корпус, внутренн   поверхность которого покрыта каучуком. Такое конструктивное решение позвол ет улучшить санитарно- гигиенические услови  труда - сильно уменьшить уровень шума работающей установки , производить поворот всего вибрационного узла с валом, что ускор ет и улучшает услови  креплени  и изъ ти  длинного вала в установке, уменьшает габариты, вес и упрощает конструкцию устройства.

Пример. Вибростарению подвергают полые валы длиной 238СН100 мм, диаметром 65 мм и толщинок стенки 5 мм в диапазоне с 0-300 Гц и усилием до 30 кК. Процесс непосредственно11

го вибростарени  составл ет 45 с, а полный технологический цикл вибростарени  - до 2 мин. Эффективность виброобработки определ етс  по степени снижени  остаточных напр жений, которые измер ют при непрерывном электрополировании образцов. Дл  определени  окружных остаточных напр жений примен ют образцы кольцевой формы, а дл  jg осевых - образцы в виде полосок.

Измерени  остаточных напр жений после виброобработки на предлагаемом устройстве показали, что они перераспределены по всей длине вала равномер-)5 но. Проведение в течение 6 мес, наблюдени  за обработанными длинными валами показывают большую стабильность их геометрических размеров. рмула изобретени  20

Устройство дл  вибрационного старени  металлических изделий, преимушест- Овенно длинных валов, содержащее корпус , вибратор, выполненный в виде 25 электромагнитного возбудител  с  ко   jg

62932712

рем, собранного по заданной

подвижный нижний и неподвижный верхний захваты, соединенные с вибратором и корпусом, динамометр, пульт управлени  динамических нагрузок, состо щий из усилител , согласующего приспособлени , звукового генератора, частотомера, пьезодатчика, отличающеес  тем, что с целью улучшени  качества путем стабилизации геометрической формы и размеров валов и сокращени  времени процесса старени , устройство снабжено блоком автоматического регулировани  резонансной частоты вала и сканировани  частоты,программирующим блоком и регулирующей втулкой, причем корпус выполнен в виде трубы, установленной с возможностью поворота в вертикальной плоскости трубы, электромагнитны возбудитель выполнен по двусторонней дифференциальной схеме, подвижный захват соединен с  корем, а неподвижный - с концом корпуса через регулирующую втулку.

Фие.2

33

3/

Фие.З

Claims (1)

1. Ф“6 р м у л а изобретения ₂0

   Устройство для вибрационного старения металлических изделий, преимущественно длинных валов, содержащее корпус, вибратор, выполненный в виде ,25 электромагнитного возбудителя с яко рем, собранного по заданной схеме, подвижный нижний и неподвижный верхний захваты, соединенные с вибратором и корпусом, динамометр, пульт управления динамических нагрузок, состоящий из усилителя, согласующейо приспособления, звукового генератора, частотомера, пьезодатчика, отличающееся тем, что с целью улучшения качества’ путем стабилизации геометрической формы и размеров валов и сокращения времени процесса старения, устройство снабжено блоком автоматического регулирования резо1 нансной частоты вала и сканирования частоты,программирующим блоком и регулирующей втулкой, причем корпус выполнен в виде трубы, установленной с возможностью поворота в вертикальной плоскости трубы, электромагнитный возбудитель выполнен по двусторонней дифференциальной схеме, подвижный захват соединен с якорем, а неподвижный - с концом корпуса через регулирующую втулку.