УСТАНОВКА ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕМАГНИТНЫХ ТРУБ

Полезная модель относится к области чистовой обработки, а именно к обработке внутренних и наружных поверхностей длинномерных тонкостенных немагнитных труб различного диаметра ферроабразивными порошками в магнитном поле. Наибольшая эффективность от применения - для магнитно-абразивной обработки (полирования, модификации) наружных и внутренних поверхностей в основном труб малого диаметра.
Известна установка для обработки внутренних поверхностей немагнитных труб ферроабразивным порошком [1], содержащая электромагнитный индуктор постоянного тока и механизм осцилляции индуктора.
Недостатком аналога является использование в качестве источника магнитного поля электромагнитного индуктора. Использование электромагнитного индуктора повышает вероятность остановок процесса обработки в связи с выходом из строя электрических аппаратов или электрического пробоя намагничивающих катушек.
Поэтому необходима тщательная герметизация индуктора от попадания внутрь смазочно-охлаждающих технологических средств, что усложняет технологию изготовления устройства в целом.
Кроме того, из-за наличия намагничивающих в таких индукторах катушек они имеют сравнительно большие габаритные размеры и массу, что усложняет конструкцию устройства для обработки внутренних поверхностей.
Известна более надежная и простая в исполнении установка для магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб [2], принятая за прототип полезной модели. Такая установка содержит устройство вращательного действия, выполненное с возможностью закрепления в нем обрабатываемой трубы, внутри или/и возле которой размещен ферроабразивный материал. В установке имеется также устройство поступательного действия, выполненное с возможностью подачи его вдоль оси обрабатываемой трубы и подвода его с зазором к обрабатываемой трубе, оборудованное приводом возвратно-поступательного перемещения индуктора с постоянными магнитами, которые расположены вдоль оси вращения обрабатываемой трубы с частичным ее охватом. Причем возвратно-поступательное перемещение индуктора представляет собой короткоходовые колебательные движения (осцилляция) ходом 5 мм, что позволяет перемешивать ферроабразивный порошок для повышения эффективности обработки.
Недостатком такой установки является низкая универсальность ее применения для магнитно-абразивной обработки немагнитных труб. Это выражается тем, что конструкция индуктора ограничивает пространство конкретно для труб определенного диаметра и для эффективной обработки труб другого диаметра требуется индуктор другого размера.
Также недостатком прототипа [2], как и аналога [1] является неэффективность и даже, в некоторых случаях, невозможность обработки внутренней поверхности труб малого диаметра. Это связано с тем, что обработка поверхностей в основном обеспечивается вращательным движением обрабатываемой трубы, а короткий ход индуктора не осуществляет обработку, а обеспечивает только перемешивание ферроабразивного порошка.
Задачей, решаемой полезной моделью, является достижение технического результата по повышению эффективности работы, упрощение конструкции и повышение универсальности установки для магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб за счет улучшения качества обработки наружных и внутренних поверхностей длинномерных тонкостенных немагнитных труб малого диаметра.
Поставленная задача решается тем, что установка для магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб, содержащая станину, смонтированное на ней устройство для вращательного движения закрепленной в нем обрабатываемой трубы, внутри или/и около которой размещен ферроабразивный материал, индуктор с постоянными магнитами и устройство для его поступательного движения, выполненное с возможностью подачи вдоль оси обрабатываемой трубы и подвода к ней с зазором, имеет отличительный признак: индуктор снабжен приводом его возвратно-поступательного движения, выполненным с обеспечением хода перемещения индуктора не менее 20 мм, причем постоянные магниты индуктора расположены вдоль оси вращения обрабатываемой трубы с частичным ее охватом.
Данный отличительный признак направлен на обеспечение независимости процесса обработки поверхностей трубы от возникающих в процессе ее вращения центробежной силы. Кроме того, введение данного отличительного признака позволит даже в случае остановки устройства вращательного действия все же обеспечить обработку поверхностей труб.
Это повысит эффективность действия установки для магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб, повысив, в сравнении с прототипом [2] универсальность своего применения для труб малого диаметра.
Целесообразными вариантами выполнения полезной модели являются нижеследующие:
- привод возвратно-поступательного перемещения индуктора оборудован электронным блоком управления, соединенным с датчиками регулирования хода перемещения индуктора;
- привод возвратно-поступательного перемещения индуктора выполнен в виде механизма шагового перемещения;
- привод возвратно-поступательного перемещения индуктора выполнен в виде цилиндра, работающего от текучей среды под давлением;
- в качестве текучей среды под давлением применен сжатый воздух;
- постоянные магниты установлены относительно друг друга разноименными полюсами под углом, отличным от развернутого, с образованием верхнего и нижнего рядов, в каждом из которых установлено как минимум по два постоянных магнита;
- индуктор снабжен приспособлением для изменения угла установки постоянных магнитов;
- расстояния между соседними магнитами в верхнем и нижнем рядах индуктора выбраны одинаковыми или неодинаковыми;
- применяют ферроабразивный материал в виде ферроабразивного порошка.
- применяют ферроабразивный материал в виде порошка с магнитными свойствами и подаваемой в зону обработки абразивной суспензии.
Полезная модель поясняется иллюстрациями, где:
- на фиг.1 показан пример технологической установки для осуществления способа обработки поверхностей немагнитных труб;
- на фиг.2 - общий вид устройства для обработки поверхностей немагнитных труб;
- на фиг.3 - индуктор такого устройства по первому варианту исполнения;
- на фиг.4 - показана общая схема осуществления способа обработки поверхностей немагнитных труб с помощью индуктора первого варианта исполнения;
- на фиг.5 - то же самое, что и на фиг.4, но с помощью индуктора второго варианта исполнения;
- на фиг.6 - пример выполнения пневматического привода для осуществления способа обработки поверхностей немагнитных труб.
Установка для магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб смонтирована, например (фиг.1), на станине 1, в направляющих 2 которой установлен суппорт 3, на котором и закреплено непосредственно устройство 4 магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб, например, как показано - трубы 5 из немагнитного материала, закрепленной в устройстве вращательного действия - патроне 6 передней бабки 7 технологической установки, которая также снабжена задней бабкой 8 с патроном 9 для установки длинномерных труб. На задней бабке 8 установлен стопор 10 для фиксации расстояния между патронами 6 и 9.
Суппорт 3 соединен с кареткой 11, которая имеет возможность перемещения с помощью ходового винта 12 по направляющей 2 станины 1 с обеспечением режимов такого перемещения при помощи рычага включения автоматической подачи 13, ручки поперечной подачи 14 суппорта 3 и маховик ручной подачи 15 каретки 11.
Технологическая установка (фиг.1) снабжена органами управления, с помощью которых осуществляется способ магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб. Это ручка регулировки скорости 16 вращения патрона 6, переключатель направления (вперед/выключить/назад) 17 этого вращения и аварийный выключатель 18.
На станине 1 технологической установки закреплена полка 19, на которой установлен электронный блок управления 20 и закреплен аппарат подготовки сжатого воздуха 21 с манометром 22.
Электронный блок управления 20 снабжен кнопками 24 и 25, соответственно, с функциями наладки и пуска технологического процесса магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб.
Аппарат подготовки сжатого воздуха 21 необходим для функционирования пневмоцилиндра 23, соединенного с устройством 4 магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб. Полости пневмоцилиндра 23 снабжены винтами 26 для быстрого выпуска сжатого воздуха из этих полостей. К пневмоцилиндру 23 и к аппарату подготовки сжатого воздуха 21 подведены трубопроводы 27, а к устройству 4 магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб - электрокабели 28.
Устройство 4 (фиг.2) магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб содержит индуктор 29 с источниками магнитного поля (фиг.3) и привод его возвратно-поступательного перемещения, в качестве которого может применяться известный механизм шагового перемещения [3] (не показан), или кривошипно-шатунный механизм [2] (не показан), или гидроцилиндр, работающий от подачи минерального масла (не показано), или выше упомянутый пневмоцилиндр 23, работающий текучей среды под давлением, например, сжатого воздуха (фиг.4) через аппарат его подготовки 21 или вакуума (не показано).
Индуктор 29 может быть выполнен в двух вариантах двух исполнений (фиг.4 и 5).
По первому варианту своего исполнения индуктор 29 закреплен на пластине 30, которая расположена на установочном поводке 31. Пневмоцилиндр 23 снабжен штоком 32 и закреплен на кронштейне 33, который в свою очередь закреплен на суппорте 3 технологической установки. На установочном поводке 31 закреплен палец 34, который расположен в линейном подшипнике 35, закрепленном в бобышке 36 кронштейна 33 с помощью установочного винта 37. Установочный поводок 31 имеет загнутую часть 38, на которой закреплен гайкой (не обозначено) шток 32 пневмоцилиндра 23, а также винтом 39 палец 34.
В качестве источников магнитного поля применены постоянные магниты 40 (фиг.3), которые установлены относительно друг друга своими разноименными полюсами под неразвернутым углом α (на фиг.4 и 5 показаны примеры установки под острым углом) с образованием их верхнего и нижнего рядов (как показано на фиг.3). Причем постоянных магнитов 40, как минимум, по два (на фиг.3 показан пример, где их по три) в каждом из этих рядов.
Постоянные магниты 40 (фиг.3) в рядах разделены между собой немагнитными вставками 41 и подведены к магнитопроводу 42. Данные конструктивные элементы 40-42 закреплены в немагнитном корпусе 43 под немагнитной крышкой 44.
При этом в верхнем и нижнем рядах расстояния между всеми соседними постоянными магнитами 40 может быть одинаковым (как показано) или неодинаковым (не показано). Или же для некоторых соседних магнитов 40 расстояние между ними может быть (не показано) одинаковым, а для других соседних магнитов 40 - неодинаковым.
На концах пневмоцилиндра 23 закреплены датчики регулирования хода перемещения 45 (фиг.2 и 6) индуктора 29, которые соединены с электронным блоком 20 управления (фиг.1). Они могут быть изготовлены на основе герконовых переключателей (не показаны), реагирующими на магнитное поле, создаваемое, например, магнитной вставкой 46 (фиг.6) в поршне 47 пневмоцилиндра 23, выходные полости которого сообщены с клапанами быстрого выпуска сжатого воздуха 48 (фиг.2 и 6), управляемыми от двухпозиционных электропневмораспределителей 49, снабженных глушителями 50 (фиг.6) и сообщенных через тройник 51 с датчиком давления 52, например, тензометрическим, и с регулятором давления 53, который через магистральный фильтр 54 сообщен с питающей частью (не показана) пневмопривода. Двухпозиционные электропневмораспределители 49 и датчик давления 52 также соединены с электронным блоком управления 20 (фиг.1).
Обрабатываемая труба 5 (фиг.1) имеет возможность своего закрепления в патроне 6 (фиг.1) передней бабки 7 технологической установки таким образом, что внутри этой трубы 5 (фиг.4, 5) может располагаться ферроабразивный материал 55 (фиг.4), в виде ферроабразивного порошка или в виде комбинации порошка, обладающего магнитными свойствами и подаваемой абразивной суспензии. Кроме того, ферроабразивный материал 55 может располагаться (не показано) и снаружи обрабатываемой трубы 5.
Индуктор 29 имеет возможность своего перемещения (фиг.4) с помощью штока 32 (фиг.2) пневмоцилиндра 23 в прямом направлении 56 и обратном направлении 57.
По второму варианту исполнения индуктора 29 (фиг.5) он выполнен сборным. В его конструкцию может быть введено приспособление (фиг.5), изменяющее угол а установки постоянных магнитов 40. Такое приспособление может быть выполнено на основе шарнирного узла 58, на котором подвижно установлены два магнитопровода 59, аналогичные по исполнению с магнитопроводом 42 (фиг.4) и содержащие по отдельности такие же как и в нем ряды постоянных магнитов 40. Оба магнитопровода 59 (фиг.5) соединены, например, с электромагнитным исполнительным механизмом следящего действия 60, который может быть связан с электронным блоком управления 20 (фиг.1).
Установка для магнитно-абразивной обработки поверхностей немагнитных труб работает следующим образом.
Обрабатываемую трубу 5 (фиг.1) закрепляют в устройстве вращательного действия - патроне 6 передней бабки 7, и в случае длинномерной обрабатываемой трубы 5 - в патроне 9 задней бабки 8 технологической установки.
Предварительно, с помощью регулировки положения установочного поводка 31 (фиг.2) по отношению к положению обрабатываемой трубы 5 (фиг.1 и 4), выставляют необходимый зазор между постоянными магнитами 40 и предполагаемой обрабатываемой трубой 5, а также с помощью электромагнитного исполнительным механизма следящего действия 60 (фиг.5) выставляют необходимый угол обхвата а между постоянными электромагнитами 40.
Внутри или/и возле обрабатываемой трубы размещают ферроабразивный материал 55 (фиг.4, 5). При необходимости с помощью перемещения суппорта 3 и каретки 11 (фиг.1) технологической установки подводят к обрабатываемой трубе 5, также с обеспечением необходимого зазора между обрабатываемой трубой 5 и постоянными магнитами 40 устройство поступательного действия, которое составлено из совокупности упомянутых элементов 29-39 и которое располагают вдоль оси вращения обрабатываемой трубы 5 с частичным ее охватом постоянными магнитами 40.
На программаторе электронного блока управления 20 с помощью кнопки 24 выставляется количество циклов способа обработки или время осцилляции. Изменением вручную положения датчиков регулирования хода перемещения 45 на пневмоцилиндре 23 выставляется ход его штока 32. Вращением винтов 26 на клапанах быстрого выпуска сжатого воздуха 48 (фиг.2, 6) выставляется частота осцилляции индуктора.
После этого включают устройство вращательного действия, т.е. переднюю бабку 7 и устройство поступательного действия, составленное из совокупности упомянутых элементов 29-39. В результате этого ферроабразивный материал 55 под действием магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 40, совершает обработку внутренней поверхности или/и наружной поверхности обрабатываемой трубы 5, совершающей круговое движение.
При этом, в случае необходимости, с помощью рычага включения автоматической подачи 13 или ручки поперечной подачи 14 суппорта 3 (фиг.1) или с помощью маховика ручной подачи 15 каретки 11 совершают подачу упомянутого устройства поступательного действия. Также с помощью ручки регулировки скорости 16 вращения патрона 6 регулируют вращение обрабатываемой трубы.
Кроме того, в случае если части обрабатываемая трубы 5 выполнена с разными диаметрами, например под конус, или со ступенчатыми переходами, или с фигурными элементами криволинейных поверхностей, при этом применяют второй вариант исполнения (фиг.5) индуктора 29, то также регулируют автоматически с помощью заранее заданной программы через электронный блок управления 20 величину зазора между обрабатываемой трубой 5 и постоянными магнитами 40.
Далее, включенному упомянутому устройству поступательного действия придают возвратно-поступательное движение с помощью поочередной подачи сжатого воздуха в полости пневмоцилиндра 23 (фиг.2, 6) через двухпозиционные электропневмораспределители 49 и закрытые клапаны быстрого выпуска сжатого воздуха 48. При этом шток 32 перемещает индуктор 29 из одного крайнего положения в другое, в которых поочередно срабатывают датчики регулирования хода перемещения 45 (фиг.2 и 6). От замыкания их герконовых переключателей магнитной вставкой 46 (фиг.6) движущегося под давлением сжатого воздуха поршня 47, через электронный блок управления 20 (фиг.1) поочередно переключаются двухпозиционные электропневмораспределители 49, заставляя клапаны быстрого выпуска сжатого воздуха 48 также поочередно открываться и закрываться, обеспечивая тем самым цикличность возвратно-поступательного движения штока 32 и индуктора 29 с определенной частотой и ходом не менее 20 мм.
Это вызывает, в свою очередь перемещение ферроабразивного материала 55 вдоль внутренней поверхности или/и вдоль наружной поверхности обрабатываемой трубы 5. При этом возможно перемешивание ферроабразивного материала с целью интенсификации процесса обработки.
Основным движением способа такой обработки является возвратно-поступательное движение вдоль обрабатываемой трубы 5 устройства поступательного действия (совокупность элементов 29-39), без осуществления которого такой способ невозможно осуществить. Вспомогательным движением этого способа является движение устройства вращательного действия, т.е. вращение передней бабки 7 с обрабатываемой трубой 5, без которого такой способ возможен. Это достигается, например, при необходимости, нажатием на аварийный выключатель 18.
Описанные выше действия позволяют осуществлять обработку отдельно внутренних поверхностей или наружных поверхностей труб, а также их одновременную обработку. При внутренней обработке ферроабразивный порошок 55 за счет градиентного магнитного поля прижимается к внутренней поверхности обрабатываемой трубы 5 и осуществляет обработку в основном при описанном выше возвратно-поступательном перемещении индуктора, а также дополнительно - вращением обрабатываемой трубы 5. При наружной обработке (не показано) ферроабразивный порошок 55 за счет градиентного магнитного поля прижимается к индуктору 29, формируя на ее рабочей поверхности своеобразную магнитно-абразивную щетку, которая осуществляет полирование наружной поверхности обрабатываемой трубы при подводе к ней индуктора 29 за счет его основного возвратно-поступательного перемещения индуктора, дополнительного вращения обрабатываемой трубы 5 и подачи индуктора и/или обрабатываемой трубы 5.
Применение описанной выше установки для магнитно-абразивной обработки немагнитных труб решает проблему эффективного полирования таких изделий малого диаметра и сравнительно большой длины, позволяет повысить производительность и качество полирования, уменьшить габариты устройств, применяемых в установке для реализации полирования, снижает материальные и энергетические затраты.
Источники информации:
1. Polishing of ultra-clean inner surfaces using magnetic force / Jeong-Du Kim // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2003. - Vol.21. - P.91-97 (Рисунок 3).
2. Internal finishing process for alumina ceramic components by a magnetic field assisted finishing process / H. Yamaguchi, T. Shinmura // Precision Engineering. - 2004. - Vol.28, Is.2. - P.135-142. (Рисунок 2) /прототип/.
3. Патент на изобретение BY №1034, МПК H02K 41/02, заявлен 1995.04.03, опубликован 1996.03.14