УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для поверхностно-упрочняющей обработки цилиндрических деталей с одновременным нагревом обрабатываемой поверхности до требуемой температуры.
Известно устройство сопутствующего местного нагрева кольцевых сварных стыков (см. авторское свидетельство №1691007, 5 В23К 13/00, бюл. №42, 1991 г.), содержащее датчики температуры зоны и скорости перемещения стыка, нагреватель с его источником питания, сварочный автомат, микропроцессорный вычислительный блок, первый выход которого соединен с блоком регистрации данных, второй выход - с входом управления сварочного автомата, первый вход - с датчиком температуры, второй вход - с датчиком скорости перемещения, а с целью улучшения качества сварки путем повышения точности поддержания теплового режима процесса оно снабжено нагревателями с их источниками питания, измерителями мощности нагревателей, а также каналами, включающими последовательно соединенные регулятор напряжения, измеритель напряжения источника питания, переключатель режима работы, коммутатор и датчик мощности сварочного автомата, причем каждый канал через последовательно соединенные переключатель режима работы и коммутатор подключен к соответствующему нагревателю, а третий вход микропроцессорного вычислительного блока соединен с измерителями напряжения источника питания, четвертый вход - с датчиком мощности сварочного автомата, пятый вход - с измерителями мощности нагревателей, а третий выход - с управляющим входом коммутатора, пятый выход - с управляющими входами регуляторов напряжения.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками полезной модели: наличие сопутствующего местного нагрева, нагреватель с его источником питания, коммутатор, регулятор напряжения.
Причины, препятствующие поставленной задаче: неприемлемо для поверхностно-упрочняющей обработки, так как нагрев производится непосредственно от сварочного аппарата; сложное в настройке на заданный режим нагрева в связи с использованием нескольких регуляторов напряжения.
Известно устройство для индукционного нагрева (см. авторское свидетельство №1779265, С21D 1/42, бюл. №44, 1992 г.), содержащее станину, размещенные на ней трансформатор, механизм индукторов, механизм передачи индукторов от магазина к трансформатору и генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов, а с целью расширения номенклатуры обрабатываемых изделий и повышения производительности путем сокращения времени на замену индукторов магазин индукторов выполнен в виде диска с приводом его вращения, причем механизм передачи индуктора, его базирования и фиксации выполнен в виде Г-образной механической руки с приводом ее поворота в вертикальной плоскости, при этом трансформатор закреплен на конце руки, а механизм фиксации индуктора выполнен в виде запястья руки в форме одноплечевого рычага с вилкой, шарнирно соединенного с рукой.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели: содержит трансформатор, механизм присоединения и фиксации индуктора, механизм базирования индуктора, трансформатор и генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов.
Причины, препятствующие поставленной задаче: сложное по конструкции, невысокая эффективность при нагреве материала непосредственно перед механической обработкой детали, невозможность совмещения индукционного нагрева и поверхностно-упрочняющей обработки детали.
За прототип принято устройство индукционного нагрева для обработки поверхности резанием (см. патент РФ №2245927, С21D 1/42, В23В 1/00, бюл. №4, 2005 г.), содержащее индуктор, механизм присоединения и базирования индуктора, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор, причем индуктор снабжен набором профильных пластин из трансформаторного железа и имеет защитный кожух, а механизм присоединения и базирования индуктора выполнен в виде инструмента с возможностью установки на металлорежущем станке.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели: индуктор с набором профильных пластин из трансформаторного железа, механизм присоединения и базирования индуктора, выполненный в виде инструмента с возможностью установки на металлорежущем станке, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор.
Признаки, препятствующие поставленной задаче: невозможность использования для поверхностно-упрочняющей обработки деталей из-за отсутствия механизма обкатки, отсутствие механизма выдержки индукционного нагрева.
Задачей предполагаемой полезной модели является повышение эффективности устройства индукционного нагрева за счет изменения конструкции с целью использования для поверхностно-упрочняющей обработки деталей.
Технический результат заключается в том, что устройство снабжено системой управления станка и задатчиком времени нагрева детали, подключенным через усилитель к системе управления станка и генератору токов высокой частоты, а на индукторе закреплен обкатник, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики.
Для достижения технического результата предлагается устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей, содержащее индуктор с набором профильных пластин из трансформаторного железа, механизм присоединения и базирования индуктора, выполненный с возможностью установки его на револьверной головке металлорежущего станка, трансформатор, генератор токов высокой частоты с блоком конденсаторов и коммутатор, отличающееся тем, что оно снабжено системой управления станка и задатчиком времени нагрева детали, подключенным через усилитель к системе управления станка и генератору токов высокой частоты, а на индукторе закреплен обкатник, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики.
На Фиг.1 представлен общий вид устройства, смонтированного на токарно-винторезном станке, а на Фиг.2 - схема электрическая принципиальная для индукционного нагрева обрабатываемой детали.
Устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей содержит индуктор 1, трансформатор 2, генератор токов высокой частоты 3 с блоком конденсаторов 4, смонтированный на револьверной головке 5 механизм присоединения и базирования индуктора 6, на котором закреплен обкатник 7, в корпусе которого установлены с возможностью вращения вокруг своих осей упрочняющие ролики 8, коммутатор 9, задатчик времени 10, подсоединенный к генератору токов высокой частоты 3 и усилителю 11, который подсоединен к системе управления станком 12, обеспечивающей заданную скорость вращения Уд детали 13, установленной в шпинделе станка 14, и продольную подачу 5у револьверной головке 5. При этом обкатник 7 получает вращение со скоростью Гц, обеспечивая равномерность износа упрочняющих роликов 8 и минимальный разброс микротвердости обработанной поверхности детали.
Устройство работает следующим образом. Индуктор 1 с помощью механизма присоединения и закрепления 6 устанавливается в револьверной головке 5 на позиции одного из инструментов. Револьверная головка фиксируется в положении, при котором возможна поверхностно-упрочняющая обработка при помощи обкатника 7, а обрабатываемая деталь 13 закрепляется в шпинделе 14 токарного станка. С помощью задатчика времени 10 устанавливается требуемое время индукционного нагрева материала поверхности детали 13. Используя систему управления станком 12, устанавливают заданную скорость вращения детали Уд и продольную подачу Su револьверной головки 5, а поперечным перемещением револьверной головки 5 создают требуемое усилие обкатки. При включении станка происходит одновременный индукционный нагрев детали до температуры, определенной задатчиком времени 10, и поверхностное упрочнение ее роликами 8 обкатника 7. Таким образом, в результате регулирования времени индукционного нагрева материала поверхности обрабатываемой детали и установки в револьверной головке обкатника становится возможным поверхностно-упрочняющая обработка деталей из различных конструкционных материалов с минимальными энергетическими затратами, минимальным временем обработки и высокими показателями качества поверхностного слоя.
∂
u
a
Устройство индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей было смонтировано на токарном станке мод 1А620. Обработке подвергались валики из стали 20ХН2МА, имеющие диаметр 30 мм и длину обрабатываемой поверхности 120 мм. Были приняты следующие режимы поверхностно-упрочняющей обработки: скорость вращения детали V=0,25 м/с, продольная подача револьверной головки S=0,2 мм/об., усилие обкатки Р=350 Н, время индукционного нагрева t=1 с при частоте тока силой 12А 16кГц, что соответствовало температуре нагрева материала в зоне откатки 400°С. Были получены следующие показатели обработки: основное время обработки - 0,45 мин., общие затраты электроэнергии - 1,8 кВт, средняя шероховатость обработанной поверхности детали - R=0,80 мкм, средняя микротвердость материала поверхностного слоя - 290 МПа, разброс микротвердости материала поверхностного слоя - 30 МПа.
a
Для сравнения на этом же станке была проведена поверхностно-упрочняющая обработка выше указанных валиков из стали 20ХН2МА с использованием обычной схемы обкатки и рекомендуемых режимов (см., например, Папшев Д.Д. «Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием», М.: Машиностроение, 1978, 152 с.). Были получены следующие показатели обработки: основное время обработки - 1,35 мин., общие затраты электроэнергии - 2,4 кВт, средняя шероховатость обработанной поверхности детали - R=1,25 мкм, средняя микротвердость материала поверхностного слоя - 290 МПа, разброс микротвердости материала поверхностного слоя - 50 МПа.
Таким образом, практическое использование в машиностроении предлагаемого устройства индукционного нагрева для поверхностно-упрочняющей обработки деталей позволяет в 3 раза повысить производительность обкатки, на 25% снизить энергозатраты, в 1,5 раза уменьшить шероховатость обработанной поверхности и почти в 1,7 раза уменьшить разброс микротвердости материала поверхностного слоя, существенно повысив износостойкость детали.