УСТАНОВКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может использоваться для упрочнения поверхностного слоя металлических изделий, например деталей механизмов, инструмента или технологической оснастки.
Из уровня техники известна установка для ультразвукового поверхностного упрочнения сложно-фасонных металлических изделий, содержащая корпус с установленными в нем ультразвуковым генератором, магнитострикционным преобразователем и охлаждающим контуром (RU 131334 U1, опубл. 20.08.2013).
Из RU 2191101 С2, опубл. 20.10.2002, известно устройство для ультразвукового деформационного упрочнения стальными шариками, содержащее рабочую камеру с размещенными в ней стальными шариками, ультразвуковой генератор и магнитострикционный преобразователь.
Из источника информации GB 1130839 А, опубл. 16.10.1968, известно устройство для упрочнения металлических рабочих поверхностей с помощью деформационного воздействия шариками.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является известная из RU 9788 U1, опубл. 16.05.1999, установка для ультразвукового деформационного упрочнения изделий, содержащая ультразвуковой генератор и корпус, в котором установлен магнитострикционный преобразователь, связанный с ультразвуковым генератором, система охлаждения магнитострикционного преобразователя и волноводно-излучающее устройство. Волноводно-излучающее устройство известной установки выполнено в виде цилиндра с размещенными в нем металлическими шариками и порошком легирующего материала и размещено между магнитострикционным преобразователем и приспособлением для закрепления обрабатываемого изделия. Также известная установка имеет кожух, охватывающий волноводно-излучающее устройство и приспособление для закрепления изделия, и насос, соединенный с внутренним объемом кожуха и снабженный сборником пыли избытка легирующего материала и металлической пыли.
Недостатком известных решений является невозможность контроля параметров установки и исключительно ручной режим управления, вследствие чего невозможна оперативная перенастройка в случае нештатной ситуации или при смене вида обрабатываемых изделий. Производительность известных установок не отвечает требованиям современного производства.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание установки, в которой были бы решены вопросы оперативной перенастройки режимов, система управления которой была бы способна использовать самообучающиеся нейросетевые алгоритмы для управления ультразвуковым генератором и параметрами упрочнения, обеспечивала возможность включения установки в автоматизированные/роботизированные производственные линии, возможность дистанционного обновления базового программного обеспечения, дистанционного пополнения базы знаний экспертной системы для упрощения подбора режимов обработки новых деталей и механизмов, дистанционного мониторинга работы установки и предотвращения нештатных ситуаций, автоматической идентификации обрабатываемых деталей и выбора соответствующих программ обработки для исключения ошибок оператора.
Предложенная полезная модель имеет повышенные эксплуатационные характеристики, снижает трудоемкость обработки изделий и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении производительности установки.
Указанный технический результат достигается за счет создания установки ультразвукового упрочнения поверхностного слоя металлических изделий, содержащей шумоизолированный корпус с рабочим столом и рабочей поверхностью, внутри которого размещены ультразвуковой генератор, соединенный с магнитострикционным преобразователем и волноводно-излучающим устройством, выполненным в виде рабочей камеры с размещенными в ней рабочими телами, контур охлаждения, контрольные датчики и соединенный с корпусом управляющий модуль, причем управляющий модуль выполнен в виде цифрового электронно-вычислительного устройства с сенсорным дисплеем и интерфейсами подключения цифровых запоминающих устройств и удаленного доступа с возможностью управления работой установки, а рабочий стол содержит соединенные с управляющим модулем индуктивный датчик и сканер штрих-кода, выполненные вс возможностью считывания информации о загружаемом изделии. Контур охлаждения включает в себя автономное устройство водяного охлаждения, кондиционер и вентиляторы. Контрольными датчиками являются микрофон, лазерный виброметр, пирометр. Рабочая поверхность корпуса имеет противоскользящее покрытие. Управляющий модуль соединен с корпусом посредством кронштейна, имеющего возможность регулировки положения.
Особенности исполнения предлагаемой установки поясняются чертежами, на которых предлагаемая установка представлена в виде спереди (фиг. 1) и в виде сверху (фиг. 2).
Соответствующими цифрами на чертежах обозначены следующие элементы:
1. Корпус.
2. Ультразвуковой генератор.
3. Устройство автономного водяного охлаждения (чиллер).
4. Шумоизоляционная перегородка.
5. Микрофон.
6. Пирометр.
7. Сенсорный дисплей.
8. Управляющий модуль.
9. Ручка.
10. Лазерный виброметр.
11. Шпилька.
12. Рабочие тела.
13. Волноводно-излучающее устройство (рабочая камера).
14. Опора волноводно-излучающего устройства.
15. Магнитострикционный преобразователь.
16. Вентилятор.
17. Кондиционер.
18. Кронштейн.
19. Модуль подачи СОЖ или легирующего материала.
20. Крышка.
21. Рабочий стол.
22. Рабочая поверхность.
23. Противоскользящее покрытие.
24. Сканер штрих-кода.
25. Индуктивный датчик.
2
Установка ультразвукового упрочнения содержит корпус (1), внутреннее пространство которого разделено на две зоны посредством шумоизоляционной перегородки (4), обеспечивающей соответствие уровня шума при работе применяемым в механических цехах нормам. В огороженной перегородкой зоне расположена опора (14) волноводно-излучающего устройства (13), которая для компенсации высокой вибрационной нагрузки имеет дополнительное крепление посредством шпилек (11). Опора (14) служит для размещения волноводно-излучающего устройства (13) и соединенного с ним магнитострикционного преобразователя (15). Также в отделенном перегородкой (4) пространстве расположены контрольные датчики (5, 6, 10), которые считывают параметры волноводно-излучающего устройства и магнитострикционного преобразователя, и передают их управляющему модулю (8). В качестве контрольных датчиков используются микрофон (5), лазерный виброметр (10), пирометры (6). Волноводно-излучающее устройство выполнено в виде рабочей камеры с размещенными в ней рабочими телами (12). В качестве рабочих тел могут применяться металлические или полимерные шарики, стеклянная дробь и иные подобные тела, обеспечивающие возможность виброударной обработки изделий (наклепа). Над рабочей камерой в рабочем столе (21) имеется отверстие, закрывающееся крышкой (20). Нижняя поверхность крышки выполнена с возможностью крепления на ней обрабатываемого изделия. Дополнительно рабочий стол может быть снабжен устройством автоматизированной подачи смазочно-охлаждающей жидкости или легирующего материала, в качестве которого используется, например, порошок дисульфида молибдена (MoS). Также в рабочий стол (21) встроены соединенные с модулем управления сканер штрих-кода (24) и индуктивный датчик (25), способные считывать информацию о загружаемой детали. Считываемая информация может представлять собой сведения о параметрах детали, режимах ее обработки, содержащиеся на размещенных на деталях штриховых кодах, QR-кодах, RFID-метках. В другой зоне корпуса расположен ультразвуковой генератор (2), соединенный с магнитострикционным преобразователем. Рядом с ультразвуковым генератором располагается автономное устройство водяного охлаждения - чиллер (3), предназначенное для охлаждения магнитострикционного преобразователя. Также на задней поверхности корпуса размещены кондиционер (17) и вентиляторы (16), обеспечивающие равномерное охлаждение всех элементов установки. Верхняя поверхность корпуса выполнена в виде рабочей поверхности (22), имеющей противоскользящее покрытие (23), которая используется для размещения оснастки или в качестве стола для закрепления деталей на внутренней стороне крышки (20). Для управления работой установки предусмотрен управляющий модуль (8), представляющий собой цифровое электронно-вычислительное устройство с сенсорным дисплеем (7) и интерфейсом подключения цифровых запоминающих устройств и удаленного доступа. Управляющий модуль обеспечивает возможность управления режимами ультразвукового генератора, магнитострикционного преобразователя, волноводно-излучающего устройства и устройств охлаждающего контура на основании данных, полученных от контрольных датчиков. Осуществление управления возможно с помощью сенсорного дисплея, а также посредством интерфейса подключения к управляющему модулю цифровых запоминающих устройств и удаленного доступа. Интерфейс подключения запоминающих устройств может быть выполнен в виде USB-порта, слота подключения карты памяти или другого известного запоминающего устройства, а интерфейс удаленного доступа может представлять собой модуль WI-FI, Bluetooth или устройство подключения посредством сети Интернет. Для удобства регулировки пространственного положения управляющий модуль размещен на поворотном кронштейне (18) и снабжен ручкой (9).
Работа установки ультразвукового упрочнения происходит следующим образом. На нижней стороне крышки рабочего стола закрепляется обрабатываемое изделие, после чего крышка размещается в отверстии рабочего стола и обрабатываемое изделие попадает в рабочую камеру. При загрузке изделия в рабочую камеру, встроенные в рабочий стол сканер штрих-кода и индуктивный датчик считывают и передают информацию об изделии и особенностях его обработки управляющему модулю. С помощью управляющего модуля задается режим обработки. Снабжение управляющего модуля сенсорным экраном и интерфейсом подключения цифровых запоминающих устройств и удаленного доступа обеспечивает возможность комбинированного управления работой установки. В процессе работы данные с контрольных датчиков поступают в управляющий модуль и могут учитываться управляющим модулем в автоматическом режиме, либо оператором, отслеживающим их на сенсорном дисплее или терминале, подключенном через интерфейс удаленного доступа. На основании этих данных осуществляется контроль рабочих параметров и их коррекция в случае необходимости. При включении установки ультразвуковой генератор генерирует электрическую энергию ультразвуковой частоты, которая подается на магнитострикционный преобразователь, преобразующий ее в энергию механических ультразвуковых колебаний, передаваемых на волноводно-излучающее устройство, рабочая частота которого составляет 18 +/- 1,35 кГц. Размещенные внутри волноводно-излучающего устройства рабочие тела воспринимают кинетическую энергию колебаний волноводно-излучающего устройства и приходят в интенсивное хаотическое движение, воздействуя тем самым на открытые поверхности упрочняемого изделия, в результате чего происходит поверхностно-пластическая деформация и микролегирование поверхностного слоя изделия. В зависимости от режима обработки, при необходимости, в рабочую камеру подается смазочно-охлаждающая жидкость или легирующий материал.
Предложенная установка ультразвукового упрочнения обладает повышенными эксплуатационными характеристиками и обеспечивает существенное повышение производительности в сравнении с известными аналогами.