УСТАНОВКА ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к приборостроению, а именно, к установкам для ультразвуковой металлизации поверхностей твердых тел, в частности, поверхностей изделий, изготовленных из керамических материалов.
Известны установки, реализующие метод диффузной металлизации деталей в среде легкоплавких жидкометаллических растворов.
Так, известна установка [RU 2423546], содержащая нагревательную камеру, в которой располагается ванна с металлическим раствором. Установка также содержит манипуляционную камеру, в которой размещены роторное устройство перемещения металлизируемых изделий, загрузочно-разгрузочное устройство, элементы, обеспечивающие теплоизоляцию и герметизацию.
Данная установка является сложной и энергоемкой и предназначена для массового производства изделий, металлизируемых по всей поверхности.
Весьма перспективными являются установки, предназначенные для реализации метода ультразвуковой металлизации по схеме тонкого слоя, который предусматривает распределение расплавленного металла на нагретой поверхности металлизируемого изделия нагретым ультразвуковым излучателем. При этом воздействуют ультразвуковыми колебаниями под углом к металлизируемой поверхности детали через малый (0,1-0,5 мм) зазор, заполненный расплавленным металлом.
Известна установка УЗУН-1 [П.П. Прохоренко, С.И. Пугачев, Н.Г. Семенова. Ультразвуковая металлизация материалов, Минск, Наука и техника, 1987 г., стр. 178-180], выбранная в качестве ближайшего аналога,
Рассматриваемая установка содержит монтажное основание, на котором расположен рабочий стол, предназначенный для размещения на его поверхности металлизируемой детали. На монтажном основании смонтирован нагреватель, установленный с возможностью подогрева поверхности рабочего стола, а также рабочий инструмент - ультразвуковой излучатель, предназначенный для формирования ультразвуковых колебаний и их трансформации в зону металлизации. Ультразвуковой излучатель закреплен с помощью кронштейна на монтажном основании и расположен над поверхностью рабочего стола с возможностью изменения вертикального положения и угла наклона его наконечника относительно указанной поверхности. При этом ультразвуковой инструмент снабжен специальным нагревателем, обеспечивающим нагрев его наконечника.
Рабочий стол снабжен приводом, с помощью которого обеспечивается возвратно-поступательного движение рабочего стола в горизонтальной плоскости относительно неподвижно установленного в указанной плоскости ультразвукового излучателя.
Данная установка является относительно простой по конструкции и обеспечивает возможность металлизации выбранного участка поверхности изделия.
Недостатком данной установки является отсутствие закрытого пространства над рабочим столом, что приводит к увеличению расхода энергии на нагрев детали и инструмента. Кроме того, применение раздельных нагревателей для ультразвукового излучателя и рабочего стола обуславливает неоднородность теплового поля в зоне металлизации.
Задачей заявляемой полезной модели является быстрое осуществление процесса нагрева при малом расходе энергии.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что установка для ультразвуковой металлизации, содержащая монтажное основание, рабочий стол, предназначенный для размещения на его поверхности металлизируемой детали с навеской металла, по меньшей мере, один нагреватель, установленный с возможностью подогрева поверхности рабочего стола, ультразвуковой излучатель, закрепленный над поверхностью рабочего стола с возможностью изменения вертикального положения и угла наклона его наконечника относительно указанной поверхности, при этом рабочий стол и ультразвуковой излучатель установлены с возможностью относительного возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости, согласно полезной модели содержит расположенную над поверхностью рабочего стола открытую снизу камеру, закрывающую рабочий объем, предназначенный для размещения металлизируемой детали с навеской металла и наконечника ультразвукового излучателя, при этом в камере выполнено сквозное отверстие, через которое пропущен наконечник ультразвукового излучателя, а камера и указанное сквозное отверстие расположены и/или выполнены с обеспечением беспрепятственного относительного возвратно-поступательного движения рабочего стола и ультразвукового излучателя.
В частном случае выполнения полезной модели в качестве нагревателя использован панельный инфракрасный нагреватель.
В частном случае выполнения полезной модели установка содержит два нагревателя, один из которых установлен в верхней части камеры, а второй установлен под рабочим столом.
В частном случае выполнения полезной модели, в случае использования двух нагревателей, в качестве нагревателей использованы панельные инфракрасные нагреватели.
В частном случае выполнения полезной модели рабочий стол снабжен приводом, обеспечивающим возможность его возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости относительно ультразвукового излучателя, камера содержит верхнее основание и скрепленные с ним переднюю, заднюю и две боковые стенки, нижние концевые участки каждой из стенок расположены ниже уровня поверхности рабочего стола и контактируют с наружной поверхностью одной из его боковых сторон, при этом каждая из боковых стенок подвешена к верхнему основанию с помощью шарнира, обеспечивающего ее свободное колебательное движение вокруг оси, ориентированной нормально по отношению к направлению возвратно-поступательного движения рабочего стола, и установлена в отклоненном от равновесного положении с обеспечением ее возвратно-колебательного движения при возвратно-поступательном движении рабочего стола.
В частном случае выполнения полезной модели, когда установка содержит вышеописанную камеру, длина передней и задней стенок превышает длину рабочего стола.
Наличие рабочего стола и рабочего инструмента - ультразвукового излучателя, расположенного с возможностью изменения его углового и вертикального положения, наличие нагревателя, а также установка рабочего стола и ультразвукового излучателя с возможностью их относительного возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости позволяют реализовать в заявляемой установке метод ультразвуковой металлизации детали по схеме тонкого слоя, при которой металлизация осуществляется в процессе возвратно-поступательного движения указанного инструмента или детали через малый зазор, заполненный расплавом.
Принципиально важным в заявляемой установке является наличие вышеописанной камеры, закрывающей рабочий объем, блокирующей потери тепла. При этом для того, чтобы рабочий объем оставался закрытым в течение всего процесса металлизации изделия, в ходе которого рабочий стол и металлизируемая деталь совершают относительное возвратно-поступательное движение, конструктивное выполнение и/или расположение камеры и отверстия в ней под наконечник ультразвукового излучателя выбирают такими, чтобы не возникало препятствий указанному движению.
Благодаря наличию указанной камеры в заявляемой установке снижаются тепловые потери и, соответственно, снижается расход энергии на нагрев до необходимой температуры расположенных внутри камеры металлизируемой детали и наконечника инструмента. При этом нагрев детали и наконечника ультразвукового излучателя происходит быстро и до близких значений температуры без использования отдельного специального нагревателя для локального нагрева инструмента. В результате повышается однородность теплового поля в рабочем объеме, что положительно сказывается на качестве получаемого покрытия.
Конструктивно камера может быть выполнена в виде полой оболочки, накрывающей сверху рабочий объем, снабженной отверстием под наконечник ультразвукового излучателя.
Используемый в заявляемой установке нагреватель может быть установлен в верхней части камеры над поверхностью рабочего стола или смонтирован вне камеры под поверхностью рабочего стола.
Возможность осуществления беспрепятственного относительного возвратно-поступательно перемещается наконечника ультразвукового излучателя и рабочего стола может быть обеспечена различными путями. Так, в случае, когда возвратно-поступательное движение осуществляет рабочий стол, его беспрепятственное движение может быть достигнуто, например, выбором вертикальных размеров камеры такими, что ее нижние кромки располагаются с минимальным зазором относительно поверхности рабочего стола. Для минимизации потерь тепла нижние кромки стенок камеры могут быть снабжены уплотнителем и установлены по скользящей посадке относительно поверхности рабочего стола, благодаря чему сохраняется их контакт с поверхностью стола в процессе его движения.
Так, в случае, когда возвратно-поступательное движение осуществляет излучатель, его беспрепятственное движение может быть достигнуто, например, путем установки в сквозном отверстии камеры скрепленной с наконечником и с кромками указанного отверстия упругой уплотнительной прокладки, растягивающейся и сжимающейся при движении излучателя.
Для лучшего снижения тепловых потерь корпус камеры следует изготавливать из материала с низкой теплопроводностью и/или высокой отражательной способностью в отношении тепловых лучей.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемой полезной модели, является быстрое осуществление процесса нагрева при малом расходе энергии.
Целесообразным является использование в заявляемой установке инфракрасного панельного нагревателя. Указанный нагреватель обладает высокой мощностью и создает направленный лучистый тепловой поток, что позволяет уменьшить потери тепла через окружающие детали. В случае использования инфракрасного панельного нагревателя в качестве единственного нагревателя, преимущественным является размещение его не под рабочим столом, а в верхней части камеры, так как в этом случае он нагревает поверхность рабочего стола (поверхность металлизируемой детали) прямым излучением.
В случае, когда установка содержит два нагревателя, один из которых установлен в верхней части рабочей камеры, а другой - под рабочим столом, в значительно большей степени снижается время нагрева рабочего объема камеры до необходимой температуры и достигается большая однородность температурного поля в зоне металлизации.
В случае использования расположенных указанным образом двух нагревателей, также целесообразным является использование инфракрасных панельных нагревателей, создающих встречные лучевые потоки, один из которых нагревает поверхность металлизируемой детали прямым излучением, а другой - излучением, прошедшим через рабочий стол и материал детали.
В случае, когда рабочий стол снабжен приводом возвратно-поступательного движения, а камера содержит верхнее основание и скрепленные с ним выполненные указанным выше образом переднюю, заднюю и боковые стенки, достигается простота конструкции камеры при обеспечении возможности движения стола в направлении, ориентированном нормально к осям подвеса боковых стенок камеры, и сохранении при этом контакта их нижних концевых участков с боковой поверхностью рабочего стола. При перемещении рабочего стола в направлении, ориентированном нормально к осям подвеса боковых стенок камеры, он толкает встречную боковую стенку, и она еще больше отклоняется от равновесного положения при сохранении ее контакта с наружной поверхностью соответствующей боковой стороны рабочего стола. Противолежащая боковая стенка камеры при перемещении рабочего стола проворачивается вокруг оси подвеса, пытаясь занять равновесное положение, за счет чего она сохраняет контакт с соответствующей боковой стороной рабочего стола.
Целесообразным является, чтобы при вышеописанном конструктивном выполнении камеры длина ее передней и задней стенок превышала длину рабочего стола. В таком случае при возвратно-колебательном движении боковых стенок камеры, обусловленном возвратно-поступательном движением рабочего стола, не образуются щели между боковыми кромками боковых и передней и задней стенок камеры, что способствует минимизации потерь тепла.
На фигуре схематично представлен общий вид заявляемой установки.
Установка содержит монтажное основание 1, на котором смонтирован рабочий стол 2, предназначенный для размещения на его поверхности металлизируемой детали 3. Стол 2 снабжен приводом 4 возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости. На основании 1 закреплен первый нагреватель 5, установленный под столом 2 с возможностью обогрева снизу его поверхности.
Установка содержит расположенную над поверхностью рабочего стола 2 камеру, включающую закрепленное на основании 1, в частности, с помощью стойки (на чертеже не показана) верхнее основание 6, а также скрепленные с ним боковые стенки 7 и переднюю и заднюю стенки (на чертеже не показаны). Указанные стенки камеры выполнены, в частности, из металлических пластин.
Установка включает ультразвуковой излучатель 8, предназначенный для формирования ультразвуковых колебаний и трансформации их в зону металлизации. Излучатель 8 снабжен наконечником 9, который является выходным концентратором ультразвуковых колебаний. Излучатель 8 закреплен с возможностью изменения вертикального положения и угла наклона наконечника 9 относительно поверхности стола 2 и, соответственно, относительно поверхности детали 3, располагаемой на столе 2. В частности, излучатель 8 закреплен в скрепленным с основанием 6 держателе 10, обеспечивающем возможность изменения углового положения наконечника 9. При этом основание 6 снабжено приводом 11 вертикального перемещения излучателя 8.
В одной из боковых стенок 7 имеется сквозное отверстие (позицией на чертеже не обозначено), сквозь которое пропущен наконечник 9, устанавливаемый внутри камеры. Диаметральный размер указанного сквозного отверстия превышает диаметральный размер излучателя 8 в месте его прохода через рассматриваемое отверстие так, что при вертикальном перемещении основания 6 и, соответственно, держателя 10 с излучателем 8 указанное отверстие не препятствует вертикальному перемещению излучателя 8.
Нижние концевые участки стенок камеры, в том числе, нижние концевые участки 12 боковых стенок 7, расположены ниже уровня поверхности рабочего стола 2 и контактируют с наружной поверхностью одной из его боковых сторон.
Каждая из боковых стенок 7 подвешена к верхнему основанию 6, в частности, к одной из его нижних боковых кромок, с помощью шарнира 13, обеспечивающего свободное колебательное движение стенки 7 вокруг оси, ориентированной нормально по отношению к направлению возвратно-поступательного движения рабочего стола 2, и в исходном положении установлена в отклоненном от равновесного положении с обеспечением ее возвратно-колебательного движения при возвратно-поступательном движении рабочего стола 2.
Стенки 7, в частности, выполнены в виде пластин с перегибом, имеющих угловой профиль, благодаря чему их исходное неустойчивое положение достигается при меньшей длине рабочего стола 2.
Длина передней и задней стенок, в частности, превышает длину рабочего стола 2.
При этом передняя стенка также может быть шарнирно скреплена с нижней передней кромкой основания 6 с возможностью ее поворота вокруг оси, ориентированной вдоль указанной кромки, для обеспечения доступа внутрь камеры. Кроме того, в указанной передней стенке может быть выполнено смотровое окно.
Внутри камеры в верхней ее части закреплен второй нагреватель 14. В качестве нагревателей 5 и 14, использованы, в частности, панельные инфракрасные нагреватели.
Устройство работает следующим образом.
Открывают камеру и устанавливают деталь 3, в частности, предварительно помещенную в контейнер, с навеской металла на поверхность стола 2. Устанавливают требуемые угловое положение наконечника 9 относительно детали 3 и вертикальный зазор между наконечником 9 и деталью 3. Закрывают камеру.
Включают нагреватели 5 и 14. По достижении и стабилизации требуемой температуры в зоне металлизации возбуждают ультразвуковые колебания в излучателе 8. Далее с помощью привода 4 осуществляют возвратно-поступательное движение стола 2 с деталью 3 относительно наконечника 9 излучателя 8.
При этом при перемещении стола 2 стенки 7 автоматически поворачиваются вокруг осей подвеса и сохраняют контакт их нижних концевых участков 12 со столом 2, блокируя потерю тепла.
При этом внутреннее пространство камеры остается закрытым. При перемещении стола 2 не образуются щели между боковыми кромками стенок камеры, поскольку длина передней и задней стенок превышает длину стола 2.
По завершении металлизации детали 3 излучатель 8 отключают и производят охлаждение излучателя 8 и металлизированной детали 3. Открывают камеру и извлекают деталь 3.