УСТАНОВКА ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к области обработки металлов поверхностным пластическим деформированием с использованием энергии ультразвуковых колебаний, и может быть использована в автомобильной, станкостроительной, приборостроительной и других отраслях техники для повышения качества, твердости и износостойкости поверхности металлических изделий различной формы.
В последние годы проблема создания на металлических поверхностях упрочненных слоев с субмикро- и нанокристаллическими структурами привлекает большое внимание специалистов, работающих в области повышения прочности и долговечности машиностроительных материалов. Одним из перспективных направлений в решении данной проблемы является ультразвуковая обработка поверхности.
Известна установка для чистовой и упрочняющей обработки деталей машин [А.с. СССР №1291378], состоящая из привода осевых колебаний, деформирующего элемента, волновода ультразвуковых колебаний, кронштейна, штока, преобразователя, частотопонижающей накладки, элементов крепления, в которой деформирующему элементу, обрабатывающему цилиндрическую деталь, сообщаются осевые и ультразвуковые радиальные колебания, то есть обработка производится, инструментом, направленным по нормали к поверхности. При такой обработке происходит упрочнение поверхностного слоя и создание регулярного рельефа, что повышает качество обрабатываемой детали и увеличивает срок службы.
Недостатком способа, реализуемого в данной установке для ультразвуковой обработки (УЗО) с прямым ударом является низкая стойкость деформирующего элемента из-за отсутствия у него степени свободы, позволяющей вращаться вокруг своей оси и компенсирующей односторонний износ.
Наиболее близким патентом к предлагаемой полезной модели является патент RU №2643289, в котором представлена установка, осуществляющая воздействие на поверхность летали индентором под углом 60-80°, колеблющимся с ультразвуковой частотой в безокислительной атмосфере из инертных газов, азота или углекислого газа. В данной установке за счет представленного способа обработки обеспечивается большая степень упрочнения и глубина упрочненного слоя в сочетании с сжимающими напряжениями и низкой шероховатостью поверхности при отсутствии ее окисления.
Недостатком конструкции в данном случае можно считать быстрый износ и деформацию индентора из-за воздействия с ультразвуковой скоростью на твердый обрабатываемый материал в условиях высокой температуры в зоне контакта. Вращение пндентора вокруг своей оси и постепенное использование с разных сторон позволит повысить его ресурс в несколько раз.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение ресурса пндентора в установке, упрочняющей поверхностные слои в металлах путем колебаний с ультразвуковой частотой.
Указанная цель достигается тем, что установка для ультразвуковой обработки поверхности детали, содержащая индентор, клапан нагнетания инертного газа, волновод ультразвуковых колебаний, преобразователь ультразвуковых колебаний, частотопонижающую накладку ультразвуковых колебаний, элементы крепления, кронштейн, шток и привод осевых колебаний индентора, выполненный с возможностью сообщения индентору возвратно-поступательного движения вдоль оси детали посредством упомянутых кронштейна и штока, при этом индентор выполнен с возможностью нахождения в среде инертного газа, прижатия к обрабатываемой поверхности под углом 60-80° и колебаний с ультразвуковой частотой, установка снабжена приводом вращательного движения индентора для поворота индентора вокруг своей оси.
Сущность предлагаемой полезной модели представлена в описании и на чертежах, на которых изображены:
на фиг. 1 изображен общий вид установки для ультразвуковой обработки поверхности (далее - установка), состоящей из клапана 1 нагнетания инертного газа, привода 2 осевых колебаний, индентора 3, волновода 4 ультразвуковых колебаний, кронштейна 5, крепления к штоку 6, преобразователя 7 ультразвуковых колебаний, частотопонижающей накладки 8, элементов крепления 9 и привода 10 вращения индентора вокруг своей оси;
на фиг. 2 показан способ ультразвуковой обработки поверхности.
Установка работает следующим образом. Путем нагнетания инертного газа через клапан 1 в месте обработки создается требуемая среда. Привод 2 сообщает иидентору 3, прижимающемуся под углом 60-80° к детали через кронштейн 5 и шток 6 возвратно-поступательное движение вдоль оси детали, одновременно возбуждаются преобразователь 7 ультразвуковых колебаний, ультразвуковые колебания усиливаются волноводом 4 и передаются индентору 3 в радиальном направлении. Частотопонижающие накладки 8 поддерживают резонансную частоту преобразователя постоянной, вне зависимости от нагрузки, а крепежные элементы 9 соединяют элементы конструкции. По мере износа индентора он поворачивается вокруг своей оси благодаря приводу 10 вращательного движения, что повышает ресурс индентора и обеспечивает более полное его использование.
В установке осевое колебание взаимосвязано с величиной амплитуды ультразвуковых колебаний, сообщаемых индентору 3. Функционально-конструктивную связь между осевыми колебаниями индентора и его колебаниями в радиальном направлении осуществляет кронштейн 5.
Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении ресурса индентора и более полном его использовании. Предлагаемая полезная модель является экономически выгодным решением, так как в случае износа нет необходимости заменять весь дорогостоящий индентор, а достаточно просто повернуть имеющийся вокруг своей оси и продолжать обработку.