Устройство для упрочняющей обработки деталей пластической деформацией потоком рабочих тел
APPARATUS FOR HARDENING TREATMENT OF PARTS BY PLASTIC DEFORMATION WITH A FLOW OF WORKING BODIES

Изобретение относится к упрочняющей обработке деталей и предназначено для использования преимущественно в машиностроительной промышленности. Основная цель применения – упрочнение и уменьшение шероховатости электроискровых покрытий, создание остаточных сжимающих напряжений. Оно может быть использовано для пескоструйной обработки ограниченных по площади участков поверхности деталей.
Известно, что пластическая деформация поверхности металлов и сплавов способствует уменьшению шероховатости ее, уплотнению поверхностного слоя, созданию в нем остаточных напряжений сжатия; это позволяет повысить износостойкость и усталостную прочность деталей. Применение поверхностно-пластического деформирования (ППД) металлопокрытий особенно полезно, т.к. при их нанесении возникают в поверхностных слоях деталей растягивающие напряжения, способствующие появлению трещин и дальнейшему разрушению детали.
Перспективным направлением является динамическая обработка ППД металлических поверхностей, при которой силовому воздействию подвергаются значительные их площади по сравнению с локальной обработкой выглаживанием или обкаткой.
Известно устройство для упрочняющей обработки шариками (а.с. SU № 891367, МПК В24В 31/00, 1981), содержащее трубчатый корпус, выполненный в виде скобы, сопло для подачи сжатого газа, а также участок для выхода отработанных газов.
Недостатком известного устройства является ограниченное применение и неспособность устройства обрабатывать плоские поверхности.
Известно устройство для упрочнения деталей потоком шариков (а.с. SU № 318467, МПК В24С 1/10, В24С 3/06, 1971), состоящее из корпуса с отверстиями для выхода отработанных газов, профилированного центрального тела, профилированного сопла и сменного насадка.
Недостатком мзвестного устройства является конструкция профилированного тела, выполненного сплошным, что увеличивает массу устройства и не позволяет использовать профилированное тело в качестве ловушки для шариков.
Известно устройство для упрочняющей динамической обработки деталей (а.с. SU № 536950, МПК В24В 39/00, В24С 3/02, 1976), состоящее из корпуса с полой внутренней вставкой и перегородкой для скатывания шариков, боковых крышек с отверстиями для выхода отработанного газа. Корпус, внутренняя вставка и боковые крышки образуют кольцевой канал, предназначенный для циркуляции потока шариков под действием струи сжатого воздуха, поступающего через профилированное сопло.
Недостатком известного устройства является высокая вероятность вылета шариков из рабочего канала при перекосе устройства.
В качестве прототипа выбрано устройство для упрочняющей динамической обработки деталей (а.с. SU № 556935, МПК B24B 39/00, В24С 3/02, 1977). Устройство содержит корпус, накопительный бункер, крышку с перфорацией, входное сопло, рабочие тела, верхнюю и нижнюю заслонки, входной и выходной каналы подачи воздуха. Через сопло в профилированный канал подаётся сжатый воздух, который разгоняет рабочие тела. Шарики, разгоняясь до требуемой скорости, ударяются об обрабатываемую деталь, упрочняя ее. Заслонки служат для вывода и ввода шариков в профилированную вставку. Через эжектор происходит выход отработанного газа и загон шариков в фасонную вставку через открытую верхнюю заслонку.
Устройство имеет ряд недостатков. Конфигурация рабочего канала постоянного сечения не позволяет увеличивать давление воздуха до требуемых величин, а также уменьшает площадь зоны обработки детали. Наличие эжектора увеличивает габариты и массу устройства. Расположение верхней заслонки не позволяет полностью заполнять фасонную вставку шариками, в результате чего не будет достигнута достаточная плотность потока. В конечном итоге снижается качество обработки рабочей зоны и производительность.
Техническая задача – повышение производительности и качества обработки всей площади.
Технический результат достигается тем, что устройство для упрочняющей обработки деталей пластической деформацией потоком рабочих тел, включающее корпус, накопительный бункер, крышку с перфорацией, сопло, рабочие тела, верхнюю и нижнюю заслонки, входной и выходной каналы подачи воздуха, согласно изобретению, снабжено выходным соплом, входной канал устройства выполнен с постепенным увеличением площади поперечного сечения на участке от входного сопла до зоны обработки,   верхняя заслонка установлена в верхней части фасонной вставки между входным и выходным каналами, а перфорация на крышке выполнена в виде сетки, размер ячеек которой не превышает размера рабочих тел.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показано устройство для упрочняющей обработки деталей пластической деформацией потоком шариков, вид спереди, на фиг. 2 – то же, вид слева, на фиг. 3 – то же, разрез А–А.
Устройство состоит из корпуса 1, содержащего накопительный бункер 2 и входное 3 и выходное 4 сопла, крышку 5 с отверстием, заслонки 6 и 7, предохранительные сетки 8 и 9, резьбовые втулки 10 и 11, переходник 12 и рабочие тела 13, например, в виде металлических шариков. Корпус 1, крышка 5 и накопительный бункер 2 формируют входной 14 и выходной 15 каналы, окно зоны обработки 16 и рабочую полость 17. Входной канал 14 выполнен с постепенным увеличением площади поперечного сечения на участке от входного сопла 3 до окна зоны обработки 17, что увеличивает площадь обрабатываемой поверхности.  Сетка 8 крепится к крышке 5 с помощью прижимной рамы 18. У выходного сопла 4 выполнен прилив 19 с пазом 20 для установки сетки 9.  Крышка 5 крепится к корпусу 1 с помощью винтов 21. Заслонка 6 установлена на левой стенке накопительного бункера 2, а заслонка 7 - в верхней части накопительного бункера 2, что увеличивает заполняемость бункера шариками 13. Размер ячеек предохранительных сеток 8 и 9 не превышает размера рабочих тел.
Устройство работает следующим образом.
Накопительный бункер 2 заранее заполняется рабочими телами 13 в виде металлических шариков. Устройство устанавливается над обрабатываемой поверхностью, участки контакта поверхности и устройства обрабатывают герметиком и ожидают полного затвердевания. Затем открывается нижняя заслонка 6, и стальные шарики 13 попадают в рабочую полость 17. Через входное сопло 3 и переходник 12 подаётся давление от 1,5 до 3 атм. В результате в рабочей полости 17 образуется циркулирующий поток воздуха, переносящий шарики 13.  При прохождении воздуха через входной канал 14, который расширяется на участке от входного сопла 3 до окна зоны обработки 17, происходит увеличение давления воздуха во входном канале 14 около окна зоны обработки 17, и шарики 13 разгоняются в нем под увеличивающимся давлением и соударяются с обрабатываемой поверхностью, упрочняя её. Цикл обработки повторяется до тех пор, пока поверхность не приобретает требуемые свойства. Затем происходит открытие верхней заслонки 7, и шарики 13 циркулирующим потоком перемещаются в накопительный бункер 2. В конце операции верхняя заслонка 7 закрывается, а подача воздуха в рабочую полость 17 прекращается. Наличие выходного сопла 4 способствует выходу отработанных газов. Сетки 8 и 9, выполненные из нержавеющей стали, имеют размер ячеек, не превышающий диаметр шариков 13. Они служат для предотвращения вылета шариков 13 из рабочей полости. Благодаря такому размеру ячеек возможно применение устройства в режиме пескоструйной обработки. У выходного сопла 4 сетка 9 ставится в пазы 19 прилива 18, а на крышке 5 сетка 8 удерживается специальной прижимной рамой 17, установленной на крышку 5 с помощью, например, клея.
Необходимые характеристики упрочняемого слоя достигаются регулированием давления, количества и размера шариков 13, времени обработки, а также применением переходников 12.
Использование устройства позволит повысить производительность и качество обработки рабочей зоны.