Приспособление для полирования внутренних поверхностей секционно-изогнутых волноводов при абразивно-экструзионной обработке

Заявленное техническое решение относится к машиностроению, преимущественно к радиотехнической и ракетно-космической отраслям, и может быть использовано при одновременной отделке или полировании внутренних каналов нескольких металлических секционно-изогнутых волноводов абразивно-экструзионным способом.
Волноводы для радиотехнической и ракетно-космической отраслей представляют собой тонкостенные изделия сложной формы (изогнутой в нескольких плоскостях с уголковыми секциями) с центральным внутренним каналом прямоугольного сечения и фланцами для крепления между собой и с другими элементами волноводного тракта. Секционно-изогнутые волноводы изготавливают из меди, латуни или алюминиевых сплавов. Шероховатость внутренних поверхностей для уменьшения потерь в волноводных трактах должна быть не более Ra 0,65 мкм для латуных и Ra 0,33 мкм для медных волноводов при частоте СВЧ - энергии 10 ГГц.
Из уровня развития техники известно устройство для абразивно-экструзионной обработки деталей [Пат. РФ № 2423218, МПК], в котором обрабатываемую деталь закрепляют в рабочей камере, устанавливаемой герметично между двумя рабочими цилиндрами, обеспечивающими перепрессовку абразивной массы из первого рабочего цилиндра через каналы обрабатываемой детали в рабочей камере во второй рабочий цилиндр с созданием противодавления абразивной массе. Осуществляют необходимое количество циклов перепрессовывания абразивной массы, добиваясь необходимого качества обрабатываемой поверхности.
Известно устройство для обработки текучим абразивом отверстий длинномерных деталей [Пат. РФ № 2501642], содержащее рабочую камеру с двумя полостями, разделенными Z-образной перегородкой, плиту, установленную на столе-приставке, призму для установки двух деталей и зажимной узел для их закрепления. В каждой полости выполнено отверстие для выхода абразива, к которому во время работы подсоединяется обрабатываемая деталь.
Перечисленные устройства не могут быть применены при полировании внутренних поверхностей прямоугольного сечения секционно-изогнутых волноводов.
Техническая проблема заключается в отсутствии технологии, оборудования и приспособлений, предназначенных для обработки внутренних поверхностей секционно-изогнутых волноводов; плохом качестве исходных заготовок, приводящем к значительным потерям в волноводных трактах.
Техническая проблема решена тем, что приспособление для одновременного полирования нескольких секционно-изогнутых волноводов характеризуется наличием верхнего и нижнего оснований, в каждом из которых выполнены центральное отверстие и равномерно расположенные по окружности резьбовые отверстия, предназначенные для установки стоек жесткости, фиксируемых гайками, причем в центральных отверстиях верхнего и нижнего оснований размещены верхняя и нижняя муфты, служащие для присоединения к обрабатываемым волноводам и имеющие внутренний канал цилиндрической формы переходящей в прямоугольную форму при этом сечение канала с прямоугольной формой соответствует сечению внутреннего канала присоединяемого волновода, а сечение канала с цилиндрической формой соответствует сечению выходного отверстия установки для полирования, при этом внутренние каналы соединенных волноводов образуют рабочий канал, в который поступает абразивная масса. Рабочий канал выполнен герметичным.
Соединение секционно-изогнутых волноводов между собой на изгибе рабочего канала для компенсации отклонений от параллельности фланцев волноводов и верхнего и нижнего оснований осуществляют при помощи цилиндрических поворотных на 360° переходников.
Цилиндрический поворотный переходник выполнен в виде корпуса, состоящего из двух частей, герметично соединенных между собой с образованием внутренней полости, в которой размещена втулка, соединенная при помощи резьбы с обеими частями корпуса, причем обе части корпуса имеют возможность поворота относительно втулки на 360°; на торцах обеих частей корпуса выполнены отверстия, сообщающиеся с внутренней полостью, профиль которых повторяет профиль внутреннего канала присоединенных к торцам корпуса переходника секционно-изогнутых волноводов.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 показана изометрия приспособления для полирования одновременно четырех секционно-изогнутых волноводов.
На фиг. 2 изображено то же приспособление в разрезе.
На фиг. 3 показан переходник, предназначенный для соединения двух секционно-изогнутых волноводов.
Приспособление для полирования секционно-изогнутых волноводов содержит верхнее 1 и нижнее 2 основания с центральными отверстиями, в которых установлены через герметизирующие уплотнения из фторопласта, верхняя 3 и нижняя 4 муфты. В нижнем основании 2 выполнено шесть резьбовых отверстий, равномерно расположенных по диаметру, а в верхнем основании 1 - шесть ответных ступенчатых сквозных отверстий, которые служат для установки и крепления стоек жесткости 5. Стойки 5 с одного конца имеют резьбу для закрепления в нижнем основании 2. Стойки 5 служат для фиксации положения верхнего основания относительно нижнего основания, обеспечивают их параллельность и придание требуемой жесткости конструкции. Соединение волноводов 7 и 8 осуществляется при помощи их фланцев закручиванием четырех винтов и гаек. Соединение волноводов на изгибе рабочего канала, а именно, 6 и 7, а также 8 и 9 осуществляют с помощью двух цилиндрических поворотных на 360° переходников 10. Нижняя муфта 4 имеет приваренный фланец 11 с отверстиями для крепления к нижнему основанию 2 и приваренный фланец 12 для соединения с волноводом 9. Нижняя муфта 4 имеет внутренний канал цилиндрической формы, переходящей в прямоугольную форму, при этом сечение канала с прямоугольной формой соответствует сечению внутреннего канала присоединяемого волновода, а сечение канала с цилиндрической формой соответствует сечению выходного отверстия установки для полирования EXTRUDE HONE VECTOR 2000 (на чертеже не показана). Для обеспечения собираемости конструкции гайка 13 накручивается на наружную поверхность нижней муфты.
Верхняя муфта 3 имеет приваренный фланец 11 с отверстиями для крепления к верхнему основанию 1 и приваренный фланец 12 для соединения с волноводом 6, а по конструкции внутреннего канала аналогична нижней муфте.
Соединение волноводов на изгибе рабочего канала, а именно 6 и 7, а также волноводов 8 и 9 осуществляют через цилиндрические поворотные переходники 10. Цилиндрический поворотный на 360° переходник 10 (фиг. 3) выполнен в виде корпуса состоящего из двух частей, герметично соединенных между собой с образованием внутренней полости, в которой размещена втулка 14, соединенная при помощи резьбы с обеими частями корпуса, причем обе части корпуса имеют возможность поворота на 360° относительно втулки 14, что компенсирует отклонения от параллельности фланцев волноводов и верхнего и нижнего оснований и обеспечивает соединение волноводов с допустимыми отклонениями от перпендикулярности и параллельности и дефектами при пайке; на торцах обеих частей корпуса выполнены отверстия, сообщающиеся с внутренней полостью, профиль которых повторяет профиль внутреннего канала, присоединенных к торцам корпуса переходника волноводов.
Подготовка приспособления к работе проводится на специальном столе в следующем порядке:
1. Соединить верхнее основание 1 с верхней муфтой 3 через фланец 11.
2. Соединить нижнее основание 2 с нижней муфтой 4 через фланец 11.
3. Соединить фланцы волноводов 7 и 8 на 4 винта, установив между ними резиновые уплотнения.
4. Соединить две части корпуса цилиндрических переходников 10 сборкой с резьбовыми втулками 14.
5. Соединить волновод 6 с волноводом 7 и волновод 8 с волноводом 9 через переходники 10.
6. Закрепить волновод 9 к фланцу 12 нижней муфты через уплотнительное кольцо на 4 винта.
7. Установить на нижнее основание 2 шесть стоек жесткости 5 завинчиванием.
7. Соединить верхнюю муфту 3 через фланец 11 с фланцем волновода 6.
8. Установить верхнее основание 1 на шесть стоек 5.
9. Приспособление, придерживая за верхнее 1 и нижнее 2 основания, перевернуть на 180 градусов для удобства сборки.
10. Закрепить волновод 6, с ранее соединенными с ним узлами, к фланцу 11 верхней муфты 2 через уплотнительное кольцо на 4 винта.
11. Выверить параллельность верхнего 1 и нижнего оснований 2 на столе с помощью уровня. Положение верхнего 1 и нижнего 2 оснований регулировать вращением стоек 5.
Приспособление с установленными в нем волноводами готово к работе. Внутренние каналы соединенных между собой верхней муфты 3 волновода 6, переходника 10, волновода 7, волновода 8, переходника 10, волновода 9, нижней муфты 4 образуют рабочий канал, в который поступает абразивный материал.
Приспособление предназначено для абразивно-экструзионной обработки методом продавливания абразивной массы вдоль обрабатываемой поверхности на установке EXTRUDE HONE VECTOR 2000. Установить приспособление на салазки абразивно-экструзионной установки, совмещая с посадочным отверстием.
Салазки с приспособлением перемещают в рабочую зону до щелчка концевого датчика. Затем приспособление фиксируется прижимным устройством абразивно-экструзионной установки, и включается подача абразивного материала (пасты) через рабочий канал приспособления. Вытекающий абразивный материал улавливается и собирается в поддоне и используется вновь.
Абразивный материал - вязко-эластичная паста на основе карбида кремния продавливается между верхним и нижним цилиндрами установки, управляемыми через гидравлическую станцию, снизу вверх и обратно, до тех пор, пока не будет достигнуто прохождение заранее установленного суммарного объема рабочей среды.
После полного выдвижения нижнего гидравлического цилиндра абразивно-экструзионной установки и по мере заполнения внутренних полостей рабочей средой, приводится в движение верхний гидравлический цилиндр, возвращающий поток смеси в нижний гидравлический цилиндр, при этом обеспечивается равномерная скорость потока рабочей среды.
Последующее непрерывное перемещение рабочей смеси из нижнего в верхний гидравлический цилиндр и обратно в нижний повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение объема рабочей среды. При прохождении рабочей среды через отверстия волноводов происходит обработка - полирование их поверхностей. По окончании цикла обработки установку разжимают, извлекают приспособление из рабочей зоны и освобождают волноводы. Для удаления рабочей смеси из отверстия волновода его помещают в камеру очистки сжатым воздухом. Пневмопистолет с упругой насадкой на выходном сопле подводят к торцу волновода, после чего нажатием кнопки на пневмопистолете включают подачу сжатого воздуха под давлением, достаточным для удаления рабочей смеси.
Приспособление может быть адаптировано под обработку волноводов различных конструкций.
Приспособление опробовано в производственных условиях. На стадии проектирования проведено компьютерное моделирование с применением пакета математического моделирования SolidWorks Flow Simulation, которое показало максимально допустимое давление на стенки волновода с внутренним сечением профиля 23×10 мм - 2,87 МПа. При этом давлении скорость потока внутри волновода соответствует значениям от 0,05 до 0,2 м/с.Напряженно-деформированное состояние волновода при максимальном давлении 2,87 МПа, проведенное с применением прочностного анализа АРМ FEM (КОМПАС- 3D), составило 138 МПа, а суммарное линейное перемещение составило 0,024841 мм. При моделировании давления на стенки и по длине на одном из волноводов при заданном входном давлении 3 МПа, 2,5 МПа и обратном - 0,3 МПа с применением пакета Solid Works Simulation Flow выявлена скорость потока на входе и выходе волноводов в прямом и обратном направлении потока. При моделировании выявлена возможность одновременной обработки до четырех волноводов в одном приспособлении.
Приспособление адаптировано на разные конструкции секционно-изогнутых волноводов и состоит из основных деталей: оснований верхнего и нижнего, муфт верхней и нижней, элементов стыковки - переходников волноводов, стоек и фиксирующих гаек. Все волноводы имеют на торцевых поверхностях фланцев канавки для резиновых уплотнительных колец, при соединении в приспособлении применяли эти уплотнения. В местах сборки с фланцами установки применяли уплотнения из фторопласта. Детали переходников, стойки, муфты имеют одинаковые размеры. Приспособление изготовлено так, что может быть поставлено в установку для абразивно-экструзионной обработки, как на нижний, так и на верхний фланец.
a
a
max
Обработка внутренних каналов волноводов проводилась при режиме «обратного давления». Лучшие результаты получены при давлении рабочей среды 2,5 МПа, обратном давлении 0,3 МПа, количестве циклов 6, усилие зажима 109... 127 кН. При этом шероховатость поверхности снижена с R 1,25 мкм до R 0,228...0,414 мкм; R до 1,6...5,8 мкм; уменьшение массы в пределах 0,02...0,10 мг.