УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАРНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для высокоскоростного пластического деформирования металлов, в том числе сварных швов тонкостенных объемных сварных конструкций, например, сопел камер сгорания жидкостных ракетных двигателей.
Известно устройство для ударно-импульсной обработки поверхностей нагрева котлов, содержащее корпус, источник ударных импульсов с ударным элементом, установленный на быстросъемный ствол, размещенные в корпусе камеру взрыва, затвор для ввода взрывчатого вещества в камеру взрыва, капсюль, боек для пробития капсюля, электромагнит для запуска бойка, расположенные в камере взрыва соосные цилиндры, обечайку, предохранитель. На одном из цилиндров камеры взрыва установлены упоры, а в обечайке выполнены направляющие пазы и окно. В резьбовом соединении, соединяющем камеру с затвором, на поверхности затвора и на поверхности цилиндра выполнены соответственно продольные пазы, обеспечивающие поступательное перемещение затвора до соприкосновения с камерой взрыва. Предохранитель предназначен для улавливания бойка после отскока от камеры взрыва и надежной фиксации его в исходном положении до подачи сигнала на запуск электромагнита.
В процессе работы устройства после снятия бойка с предохранителя подается напряжение на электромагнит, который выталкивает боек. Ускоряясь, боек производит удар по капсюлю, в результате чего взрывчатое вещество взрывается, образуя повышенное давление в камере взрыва. Образовавшаяся ударная волна многократно воздействует на обрабатываемую поверхность котла. После многократных воздействий и отражений от поверхностей котла ударная волна постепенно затухает. Боек под действием пружины возвращается в свое первоначальное положение и фиксируется предохранителем. Оператор поворачивает затвор вокруг его оси до соприкосновения упора с направляющими пазами и отводит затвор в его крайнее открытое положение. После повторного ввода взрывчатого вещества в камеру взрыва, обечайка вновь поступательно перемещается до соприкосновения с камерой взрыва и поворачивается вокруг своей оси до упора. Далее цикл повторяется.
(см. патент РФ №2125697, кл. F28G 7/00, 1999 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данного устройства необходимо отметить, что использование в качестве источника ударных импульсов энергии взрыва обуславливает наличие значительной реактивной силы, которая (если устройство установлено на оборудовании) разрушающе действует на его узлы и агрегаты. Кроме того, данное устройство проблематично использовать для ударно-импульсной обработки ответственных изделий, так оно не обеспечивает регламентированной силы ударного воздействия, которое после инициирования взрыва каждого заряда многократно воздействует на изделие с постепенно уменьшающейся энергией удара, то есть обработка ведется сериями постепенно затухающих импульсов. Необходимость частой перезарядки устройства обуславливает значительное увеличение времени на обработку. Конструкция устройства весьма сложна, массивна.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка устройства для ударно-импульсной обработки, обеспечивающего ведение обработки ударными импульсами с регламентированной силой удара, а также обеспечивающего защиту узлов и агрегатов устройства и оборудования, на котором оно установлено от реактивной силы генерируемых ударов.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве для ударно-импульсной обработки, содержащем корпус, на котором расположен источник ударных импульсов с ударником, а также установленный в корпусе боек, кинематически связанный с ударником, новым является то, что устройство оснащено кронштейном и стаканом, скрепленным с кронштейном, а корпус установлен в стакане с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения и подпружинен относительно стакана, при этом кинематическая связь ударника с бойком осуществляется посредством последовательно размещенных в осевой расточке корпуса соударяющихся элементов, имеющих возможность контактирования друг с другом торцами, при этом, один из элементов имеет возможность контактирования с ударником, а другой - с бойком.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлено заявленное устройство для ударно-импульсной обработки.
Устройство для ударно-импульсной обработки содержит источник 1 ударных импульсов, закрепленный на корпусе 2. В корпусе 2 выполнена осевая расточка, в которой последовательно размещены с возможностью перемещения соударяющиеся элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8, выполненные в виде цилиндров, торцами контактирующих друг с другом. В расточке корпуса также с возможностью перемещения установлен ударный элемент (боек) 9, имеющий возможность контактирования с соударяющимся элементом 8. Чтобы боек 9 не выпадал из расточки корпуса, он может быть установлен на упругих элементах (не показаны), зафиксированных на корпусе. Корпус 2 размещен в стакане 10 с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения. От поворота относительно стакана корпус зафиксирован шпонкой (позицией не обозначена). Стакан 10 скреплен с кронштейном 11.
Кронштейн 11 предназначен для установки устройства в держатель оборудования, на котором осуществляется цикл обработки изделий.
Источник 1 ударных импульсов имеет ударник 12, взаимодействующий с торцом соударяющегося элемента 3. Кинематическая связь ударника 12 с бойком 9 осуществляется посредством соударяющихся элементов 3-8. Элемент 8 контактирует с бойком 9.
На корпусе 2 имеется фланец 13, между которым и торцом стакана установлен упругий элемент 14, обеспечивающий поджатие упора 15 корпуса 2 к отбортовке «А» стакана 10.
Если оборудование, на которое монтируется устройство, не оснащено механизмами его радиального и осевого перемещения, то устройство может быть дополнительно оснащено плитой 16, на которой с возможностью поперечного перемещения посредством привода устанавливают кронштейн 11. Плита 16 фиксируется на продольном суппорте 17, установленном с возможностью продольного перемещения на основании 18. Механизмы перемещения кронштейна и суппорта выполнены идентичными, например, в виде винтовых пар.
Фрагмент обрабатываемого изделия обозначен позицией 19.
Устройство для ударно-импульсной обработки работает следующим образом.
Работу устройства рассмотрим на примере ударно-импульсной обработки продольного сварного шва сопла камеры сгорания (изделие) жидкостного ракетного двигателя. Устройство может быть установлено как на специальное, так и на универсальное оборудование. В случае, если оборудование оснащено продольным и поперечным суппортами (см., например, конструкцию установки для упрочнения и исправления формы сварных швов по а. с. СССР №406600), то необходимость в плите 16, продольном суппорте 17, основании 18 отпадает, а устройство кронштейном 11 крепится на державке поперечного суппорта установки.
Для обработки изделие устанавливают в базовых приспособлениях установки. В случае необходимости используют наковальню (как это предусмотрено, например, в решении по а. с. СССР №406600).
Включением продольного суппорта установки (либо суппорта 17 устройства) перемещают корпус 2 до тех пор, пока боек 9 не окажется напротив сварочного шва изделия 19. Включением поперечного суппорта установки (либо перемещением кронштейна 11 по плите 16 устройства) перемещают корпус 2 до тех пор, пока боек 9 не упрется в шов. Используя поперечный суппорт, перемещают корпус 2 в поперечном направлении до тех пор, пока не будет создано за счет усилия сжатия упругого элемента 14 заданное усилие контакта бойка 9 со швом (контролируется датчиком давления или по тарировочной шкале на корпусе 2 около упругого элемента 14). При этом корпус 2, сжимая упругий элемент 14, перемещается относительно стакана 10 и между отбортовкой «А» и упором 15 образуется зазор. Корпус 2 кинематически развязан относительно кронштейна 11. Устройство настроено для обработки сварочного шва.
2
Включают источник 1 ударных импульсов и сообщают корпусу 2 (за счет подачи продольного суппорта) перемещение с заданной скоростью (скоростью подачи) вдоль обрабатываемого шва. В качестве источника ударных импульсов может быть использован стандартный источник от пневматического пистолета или перфоратора. В процессе работы устройства сжатый воздух низкого давления (4-6 атм.) поступает в корпус источника ударных импульсов и резко перемещает ударник 12 из одного крайнего (начального) положения в другое (конечное). В конце хода ударник 12 соударяется с торцом элемента 3, в результате чего кинетическая энергия ударника (определяется известной зависимостью А=mv/2, где: m - масса ударника; v - скорость ударника в конце хода) переходит в работу удара. Далее элемент 3 аналогично соударяется с элементом 4 и так далее до тех пор, пока боек 9 ударным импульсом не воздействует на шов. После совершения ударного действия ударник 12 возвращается в исходное положение и далее цикл повторяется. Скорость перемещения каждого элемента 3-8 определятся по формуле:
1
где: V- скорость ударяющей части;
1
2
m и m - соответственно массы ударяющего и ударяемого элементов.
Нетрудно заметить, что максимальное увеличение скорости происходит в случае, когда массы соударяющихся элементов убывают в направлении от ударника 12 к бойку 9, как это и показано на графических материалах.
Совершая продольное перемещение, устройство осуществляет обработку сварного шва ударными импульсами. По окончании обработки шва устройство отводят от изделия в радиальном направлении, в результате чего боек 9 отходит от изделия, а упор 15 контактирует с отбортовкой «А» стакана 10.
Весьма важно, что в процессе обработки, благодаря наличию зазора между упором 15 и отбортовкой «А» стакана, упругий элемент 14 гасит реактивную силу от ударного действия, защищая тем самым узлы и агрегаты самого устройства и оборудования, на котором смонтировано устройство.
Заявленное устройство за счет высокой скорости бойка (18-20 м/сек) обеспечивает эффективную обработку сварочных швов изделий из высокопрочных и труднодеформируемых конструкционных материалов без нагрева.
Использование данного устройства обеспечивает повышение надежности сварных соединений за счет уплотнения материала шва, уменьшения сварочных деформаций и снижения уровня остаточных напряжений сварочных швов при одновременном повышении их коррозионной стойкости и усталостной прочности за счет ударно-импульсной обработки.
Устройство также может быть использовано для калибровки нежестких изделий.