УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для диагностирования усталостной прочности и износостойкости покрытий рабочей поверхности деталей типа корпус клапана форсунки дизельных двигателей. Корпус клапана форсунки дизельных двигателей работает в очень тяжелых условиях. В течение срока своей жизни клапан открывается и закрывается более одного миллиона раз, и поэтому должен не только обеспечивать надежное уплотнение при давлениях до 2050 бар, но также противостоять очень большой циклической нагрузке и выдерживать воздействие скоростного потока топлива, обладающего высокой химической активностью и имеющего в качестве примесей твердые абразивные частицы. Однако износ рабочей поверхности корпуса клапана всего в несколько микрон не допустим, так как нарушает герметичность клапана. Поэтому рабочая поверхность клапана имеет твердое антифрикционное покрытие толщиной в несколько микрометров, качество которого требуется тщательно контролировать.
Известны ультразвуковые устройства для очистки деталей в жидких средах (RU 2368435, RU 2221634, RU 2243039, RU 2246982, RU 2262995, RU 2284215, RU 2286216, RU 2368435 и другие). Данные устройства обычно содержат рабочую емкость с жидкой средой, в которую погружаются детали, и закрепленные на стенках рабочей емкости ультразвуковые колебательные системы, вызывающие в жидкости акустические колебания ультразвуковой частоты.
Недостатком этих устройств является ограниченные технологические возможности, так как они не могут применяться для контроля износостойкости поверхностей деталей.
Известно устройство для ультразвуковой обработки поверхностей деталей (RU №2124430, кл. В24В 39/00, опубл. в 1999 г.), содержащее акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука с контактными элементами и шпильку, торец которой выполнен в виде рабочего наконечника, при этом концентратор снабжен упругим элементом, выполненным в виде пружины или резиновой манжеты, предназначенной для демпфирования осевых нагрузок.
Недостатком этого устройства являются его ограниченные технологические возможности, так как оно не предназначено для контроля качества покрытий деталей.
Известно устройство для ультразвуковой обработки деталей (RU №2201863, кл. В24В 39/04, опубл. в 2003 г.), содержащее акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, систему упругоинерционных элементов, предназначенную для регулирования усилия прижатия излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности и включающую пружину с малой инерционной способностью, упругий элемент с большой инерционной способностью и стопорные элементы, при этом пружина с малой инерционной способностью установлена вдоль продольной оси акустической системы между поджимающей гайкой и фасонной накладкой с изоляционным элементом, обладающим пружинными свойствами, закрепленными на торце магнитострикционного преобразователя для полного внутреннего отражения энергии излучателя ультразвука, с противоположной стороны магнитострикционного преобразователя между корпусом и подвижной втулкой, сопряженной с акустической системой, расположен упомянутый упругий элемент с большой инерционной способностью, а стопорные элементы установлены на корпусе со стороны концентратора.
Недостатком этого устройства являются ограниченные технологические возможности, так как оно не предназначено для диагностирования качества износостойкого покрытия.
Наиболее близким (прототипом) к заявленной полезной модели по совокупности признаков является, устройство для ультразвуковой обработки деталей, содержащее акустическую систему, включающую ультразвуковой преобразователь и соединенный с ним излучатель ультразвука с рабочим наконечником на торце, пружину для прижатия наконечника излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности и плиту для крепления ультразвукового преобразователя в устройстве (RU 2282525, кл. B23K 20/10, В24В 39/00, В24В 1/04, В23В 37/00, В29С 65/08, В08В 3/12, D06M 10/02, С23С 24/00, С23С 26/00, опубл. 27.08.2006 г). Ультразвуковой преобразователь выполнен магнитострикционным, устройство содержит также систему упруго-инерционных элементов и подвижную втулку, установленные в корпусе ультразвукового преобразователя и закрепленные на торце магнитострикционного преобразователя для полного внутреннего отражения энергии излучателя ультразвука, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы, и фасонную накладку с изоляционным элементом, обладающим пружинными свойствами, а подвижная втулка сопряжена с акустической системой и расположена с противоположной от системы упруго-инерционных элементов стороны магнитострикционного преобразователя, оно дополнительно снабжено накидной гайкой, расположенной на наружной торцевой стороне корпуса со стороны системы упруго-инерционных элементов, и расположенным на наружной стороне корпуса съемным приливом для крепления устройства к станку при работе в стационарном режиме, акустическая система дополнительно снабжена с торцевой стороны концентратора сменными резонансными волноводами, предназначенными для обеспечения необходимых колебательных смещений и напряжений и передаче их к обрабатываемой поверхности в зависимости от требований технологического процесса, на подвижной втулке размещены гидравлические манжеты, а система упруго-инерционных элементов дополнительно снабжена поршнем и сочлененным с ним, расположенным вдоль продольной оси акустической системы болтом, и обтюраторами, размещенными между корпусом и боковыми стенками поршня и предназначенными для обеспечения герметичности корпуса, при этом излучатель ультразвука закреплен на торце одного из сменных резонансных волноводов, а его рабочий наконечник выполнен сменным и имеет различную форму в зависимости от требований технологического процесса, причем пружина системы упруго-инерционных элементов выполнена сменной, а ее геометрические размеры и материал выбраны в зависимости от требований технологического процесса.
Недостатком этого устройства является то, что оно не является автономным, а устанавливается на каком-то оборудовании, например, токарном или шлифовальном станке. Но это дорогое оборудование, и в указанном устройстве не регламентируются условия его установки относительно обрабатываемой детали. Кроме того, данное устройство имеет ограниченные технологические возможности, так как оно не предназначено для контроля качества покрытий прецизионных деталей типа корпус клапана в условиях, приближенных к условиям эксплуатации детали.
Задача полезной модели - обеспечение автономности работы устройства и расширение его технологических возможностей, а именно обеспечение возможности диагностирования покрытия детали по двум параметрам - износостойкости и усталостной прочности в условиях, приближенных к условиям эксплуатации.
Техническим результатом является повышение достоверности диагностирования работоспособности покрытия детали.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для ультразвуковой обработки деталей, содержащем акустическую систему, включающую ультразвуковой преобразователь и соединенный с ним излучатель ультразвука с рабочим наконечником на торце, пружину для прижатия наконечника излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности и плиту для крепления ультразвукового преобразователя в устройстве, рабочий наконечник излучателя ультразвука имеет форму поперечного сечения, совпадающую с формой обрабатываемой поверхности, плита для крепления ультразвукового преобразователя закреплена на резьбовой стойке двумя гайками с возможностью регулирования ультразвукового преобразователя вдоль оси резьбовой стойки, резьбовая стойка закреплена на основании, на котором в центрирующей призме установлен механизм подвода-отвода детали, состоящий из корпуса, в котором размещена подвижная втулка, в которой установлена обрабатываемая деталь, пружина, прижимающая обрабатываемую деталь к наконечнику излучателя ультразвука, сменная втулка для регулировки силы сжатия пружины, и эксцентриковый механизм для отвода обрабатываемой детали от наконечника излучателя ультразвука после обработки, а на цилиндрической поверхности подвижной втулки выполнена метка для контроля требуемого усилия прижима обрабатываемой детали к наконечнику излучателя ультразвука.
Так как рабочий наконечник излучателя ультразвука имеет форму поперечного сечения, совпадающую с формой обрабатываемой поверхности, то это обеспечивает возможность осуществлять диагностирование качества покрытия в условиях, приближенных к условиям эксплуатации детали. Жесткое крепление ультразвукового преобразователя на резьбовой стойке позволяет точно центрировать наконечник излучателя ультразвука относительно обрабатываемой детали и регулировать его положение по высоте. Этому способствует также центрирование механизма подвода-отвода детали с помощью центрирующей призмы, закрепленной на основании устройства. Точное центрирование детали относительно наконечника ультразвукового преобразователя позволяет избежать ошибок диагностирования. Одновременная регулировка ультразвукового преобразователя по высоте и подбор высоты сменной втулки позволяет обеспечить требуемую силу сжатия пружины, и, следовательно, силы прижима обрабатываемой детали к наконечнику излучателя ультразвука и обеспечить центрирование эксцентрикового механизма подвода-отвода детали относительно подвижной втулки. Наличие метки на подвижной втулке позволяет контролировать силу воздействия наконечника излучателя ультразвука на обрабатываемую деталь. Все это обеспечивает автономность работы устройства, повышение достоверности диагностирования износостойкости и усталостной прочности покрытия и приближает условия диагностирования к условиям эксплуатации обрабатываемой детали.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, представленным на фиг. 1, где показано поперечное сечение предлагаемого устройства.
На основании 1 закреплена стойка 2, центрирующая призма 3 и установлен механизм подвода-отвода детали. Механизм подвода-отвода детали состоит из корпуса 4, закрепленного на нем снизу фланца 5, на оси цилиндрического выступа которого установлено сменное кольцо 6. В центральном отверстии корпуса 4 установлена подвижная втулка 7, служащая для размещения в ней обрабатываемой детали 8. На торце обрабатываемой детали 8 имеется коническое отверстие с износостойким покрытием, которое и подлежит диагностированию. Между внутренним торцом подвижной втулки 7 и сменным кольцом 6 установлена пружина сжатия 9. Сила сжатия пружины 9 регулируется высотой сменного кольца 6. В боковом отверстии корпуса 4 закреплен эксцентриковый механизм 10. Эксцентрик эксцентрикового механизма 10 находится в боковом отверстии подвижной втулки 7, и поэтому при повороте эксцентрикового механизма 10 подвижная втулка 7 вместе с обрабатываемой деталью 8 может перемещаться вдоль своей оси. На выступающей над корпусом 4 цилиндрической поверхности подвижной втулки 7 нанесена метка 11, соответствующая потребной силе сжатия пружины.
На стойке 2, имеющей на наружной поверхности резьбу, двумя гайками 12 закреплена плита 13, на которой установлен ультразвуковой преобразователь 14. На излучателе ультразвука 15 ультразвукового преобразователя 14 закреплен наконечник 16, рабочая поверхность которого по форме совпадает с формой диагностируемого конического отверстия детали.
Перед началом работы устройства предварительно осуществляют настройку механизма подвода-отвода детали. Для этого эксцентриковый механизм 10 поворачивают в положение, при котором подвижная втулка 7 занимает крайнее верхнее положение и на расстоянии несколько миллиметров от торца корпуса 4 на подвижной втулке 7 наносят метку 11. Метка 11 позволяет определить такое положение подвижной втулки 7, при котором эксцентриковый механизм 10 занимает нейтральное положение и вся сила сжатия пружины 9 действует на подвижную втулку 7. Затем осуществляют тарировку пружины 9. Для этого вместо ультразвукового преобразователя 14 на плиту 13 устанавливают динамометр (не показан) и с помощью гаек 12 перемещают плиту 13 так, чтобы динамометр воздействовал на подвижную втулку 7 и обеспечил совмещение метки 11 с торцом корпуса 4. Подбором высоты сменной втулки 6 добиваются требуемой силы сжатия пружины 9, которую контролируют динамометром. После этого на плиту 13 вместо динамометра устанавливают ультразвуковой преобразователь 14, а в отверстие подвижной втулки 7 устанавливают обрабатываемую деталь 8. Наконечник 16 излучателя ультразвука 15 совмещают с диагностируемым отверстием обрабатываемой детали 8, а регулированием с помощью гаек 12 плиты 13 добиваются, чтобы метка 11 совпала с торцом корпуса 4. Для фиксации соосного положения отверстия обрабатываемой детали 8 и наконечника 16 излучателя ультразвука 15 к корпусу 4 подводят центрирующую призму 3 и закрепляют ее на основании 1. На этом настройка устройства заканчивается.
Устройство работает следующим образом. Механизм подвода-отвода детали выводят из рабочей зоны, снимают старую и устанавливают очередную обрабатываемую деталь 8. Затем механизм подвода-отвода детали устанавливают в рабочую зону, центрируя относительно ультразвукового преобразователя 14 с помощью центрирующей призмы 3. Эксцентриковый механизм поворачивают на 180 градусов, под действием пружины обрабатываемая деталь 8 прижимается с заданной силой к наконечнику 16 излучателя ультразвука 15. В зону контакта наконечника 16 и обрабатываемой детали 8 может подаваться алмазная паста. Включают ультразвуковой генератор (не показан) и тем самым в ультразвуковом преобразователе 14 возбуждают ультразвуковые колебания, которые передаются наконечнику 16 излучателя ультразвука 15, под действием которых осуществляется износ поверхности покрытия детали и может произойти усталостное разрушение покрытия. По истечении заданного времени ультразвуковые колебания отключают, и с помощью эксцентрикового механизма 10 обрабатываемую деталь 8 отводят от наконечника16. Далее цикл повторяют.
В процессе обработки партии деталей необходимо следить за тем, чтобы метка 10 в процессе контакта обрабатываемой детали 8 с наконечником 16 излучателя ультразвука 15 находилась на уровне торца корпуса 4. В противном случае осуществляют под-наладку устройства.
Таким образом, предложенное устройство обеспечивает автономное диагностирование износостойкости и усталостной прочности покрытия детали типа корпус клапана форсунки дизельного двигателя в условиях, приближенных к условиям эксплуатации детали без использования сложного станочного оборудования, что решает поставленную задачу. Обеспечение точного центрирования обрабатываемой детали относительно наконечника излучателя ультразвука и совпадение профиля наконечника излучателя ультразвука с профилем обрабатываемой поверхности обеспечивает высокую достоверность диагностирования качества покрытия.