УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель предназначена для использования в области тепловой обработки, а именно для поверхностной упрочняющей обработки деталей, заключающейся в нагреве детали до температуры начала термопластических деформаций с последующим резким (спрейерным) охлаждением. Полезная модель относится к авиационной промышленности и машиностроительной отрасли и может быть использована при упрочнении деталей из жаропрочных и жаростойких сплавов и сталей, работающих в условиях повышенных температур и знакопеременных нагрузок.
Известна установка для термопластического упрочнения изделий, содержащая электропечь, расположенную под ней охлаждающую камеру со спрейерными решетками, имеющими отверстия, соединенную с емкостью, представляющей собой пневмогидравлический аккумулятор, объем которого заполнен водой и сжатым воздухом, механизм загрузки и выгрузки с замком и штоком для установки изделий (а.с. №730832, БИ №16, 1980 г.)
Недостатком установки является невозможность сохранения максимального коэффициента теплоотдачи при разнообразных типоразмерах деталей и вследствие этого снижение усталостной прочности деталей.
Прототипом выбрана установка для термопластического упрочнения деталей (патент РФ №2258086, 10.08.2005 г.), содержащая толкатель, вентилятор, конечный выключатель, фильтр, кран, поплавок, испаритель, конденсатор, теплоизоляцию, компрессор, блок, емкость, контейнер, эластичный склиз, виброопоры, фильтр, эластичный толкатель, насос высокого давления, кольцевой спрейер, манометр, задвижки, захват, неподвижный упор, отводную трубу, термопару, температурное реле, направляющие, электропечь, крышку люка.
Основным недостатком установки является: невозможность упрочнения крупногабаритных деталей, например, таких как лопатки второй ступени газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4, масса которых составляет 1,5 кг. Как показали, проведенные испытания у крупногабаритных деталей не происходит эффективного сбивания паровой рубашки и формирования благоприятного напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя.
Техническим результатом полезной модели является повышение усталостной прочности и долговечности за счет обеспечения равномерности формирования сжимающих остаточных напряжений заданного уровня в поверхностном слое деталей. Технический результат полезной модели достигается с помощью установки для термопластического упрочнения деталей, которая содержит электропечь, камеру охлаждения, соединенную с емкостью с охлаждающей жидкостью, механизм загрузки и выгрузки деталей. Камера охлаждения установки для термопластического упрочнения деталей выполнена в виде четырех регулируемых спрейерных решеток охлаждения, две верхних спрейерных решетки охлаждения выполнены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, две нижних - с возможностью изменения угла наклона от 0 до 75, с помощью насадок, регулирующих размеры отверстий спейерных решеток охлаждения, имеется возможность изменять размеры отверстий спейерных решеток охлаждения.
На рисунке 1 показана конструкция установки для термопластического упрочнения деталей, где: 1 - деталь, 2 - толкатель, 3 - вентилятор, 4 - конечный выключатель, 5 - фильтр, 6, 12 - кран, 7 - поплавок, 8 - испаритель, 9 - конденсатор, 10 - теплоизоляция, 11 - компрессор, 13 - блок, 14 - емкость, 15 - контейнер, 16 - эластичный склиз, 17 - виброопора, 18 - фильтр, 19 - эластичный толкатель, 20 - насосы высокого давления (НВД), 21 - переходник для шлангов, 22 - шланги для подачи воды, 23 - направляющие для фиксации угла наклона нижних спрейерных решеток охлаждения, 24 - спрейерные решетки охлаждения, 25 - салазки для горизонтального перемещения верхних спрейерных решеток охлаждения, 26 - насадки, регулирующие размеры отверстий спрейерных решеток охлаждения, 27 - камера охлаждения, 28 - задвижка камеры охлаждения, 29 - захват, 30 - неподвижный упор, 31, 37 - задвижка печи, 32 - отводная труба, 33 - термопара, 34 - температурное реле, 35, 38 - направляющая, 36 - электропечь, 39 - манометр, 40 - крышка люка, 41 - прибор, регистрирующий температуру охлаждающей жидкости, 42 - изолированный провод, соединяющий датчик температуры охлаждающей жидкости и прибор, регистрирующий температуру охлаждающей жидкости, 43 - датчик температуры охлаждающей жидкости.
Принцип работы установки для термопластического упрочнения деталей следующий:
Деталь 1 по склизам из приемника попадает на направляющие 38. Толкателем 2 при открытой задвижке 37 деталь 1 перемещается по направляющей 35 внутри муфельной электропечи тоннельного типа 36, после чего задвижка 37 закрывается. Электропечь оснащена термопарой 33 и температурным реле 34. При достижении необходимой температуры автоматически открывается задвижка 31, и захватом 29 деталь перемещается до неподвижного упора 30. Деталь при этом освобождается от захвата 29 и свободно падает вниз под действием собственного веса. При этом закрывается задвижка 31, и открывается задвижка 28 на входе в камеру охлаждения 27. Нагретая деталь свободно падает в вихревой поток охлаждающей жидкости, подающийся под давлением от 0,5 до 1,5 МПа, из емкости 14 через фильтр 18 от двух насосов высокого давления 20. Необходимое давление контролируется с помощью манометра 39. Для предотвращения парового удара при упрочнении в камере охлаждения 27 в конструкции установки предусмотрена отводная труба 32. В зависимости от формы и размеров упрочняемой детали спрейерные решетки охлаждения 24 можно регулировать, верхние с помощью салазок для горизонтального перемещения 25, нижние - направляющих для фиксации угла наклона 23. Для эффективного сбивания охлаждающей жидкостью паровой рубашки с упрочняемой поверхности детали необходимо достичь эффекта задержки детали (0,5-1,5 секунды) между спрейерными решетками охлаждения 24. Для достижения этого нижние спрейерные решетки охлаждения с помощью направляющих для фиксации угла наклона 23, способны изменять угол наклона струй охлаждающей жидкости от 0° до 75°, что определяется в зависимости от размеров и конфигурации детали эмпирическим путем. В конструкцию спрейерных решеток охлаждения входят насадки, регулирующие размеры отверстий решеток охлаждения - 26, с помощью которых регулируется объем подаваемой охлаждающей жидкости. Отверстия спрейерных решеток охлаждения могут иметь различную форму (треугольную, трапециевидную, круглую, прямоугольную и т.д.). Насадка, регулирующая размеры отверстий спрейерных решеток охлаждения (в данном случае форма отверстия решетки охлаждения треугольная), изображена на рисунке 2. Размеры отверстий спрейерных решеток охлаждения регулируемые насадкой изменяются по высоте, в зависимости от формы, габаритных размеров, массы упрочняемых деталей. Температура охлаждающей жидкости фиксируется с помощью прибора 41, регистрирующего температуру охлаждающей жидкости, посредством датчика 43 температуры охлаждающей жидкости. Прибор 41 и датчик 43 соединены между собой изолированным проводом 42. Деталь после упрочнения в процессе свободного падения внутри камеры охлаждения 27 попадает на эластичный склиз 16, после чего эластичным толкателем 19 перемещается в контейнер 15. В этом контейнере происходит окончательное охлаждение детали. Затем деталь в контейнере с помощью блоков 13 автоматически поднимается к крышке люка 40. Крышка люка при этом также автоматически открывается. Упрочненная деталь эвакуируется оператором, после чего контейнер 15 опускается вниз, и закрывается крышка люка 40. На этом цикл упрочнения детали заканчивается. Для замкнутого цикла процесса служит система фильтрации, охлаждения и контроля уровня охлаждающей жидкости. Она состоит из крана 6 и фильтра 5, поплавка 7 и конечных выключателей 4, при этом автоматически поддерживается необходимый уровень охлаждающей жидкости. Фильтр 18, установленный на входе насосов высокого давления 20, предотвращает загрязнение охлаждающей жидкости при подаче в камеру охлаждения 27. Для охлаждения жидкости служит вентилятор 3 и криогенная установка, состоящая из компрессора 11, испарителя 8 и конденсатора 9, разделенных теплоизоляцией 10. При температуре окружающей среды ниже 20°С для охлаждения жидкости может быть достаточно работы вентилятора 3. При температуре окружающей среды выше 20°С автоматически включается криогенная установка, снижающая температуру охлаждающей жидкости до 20°С. Через определенное количество циклов упрочнения отработанная охлаждающая жидкость сливается через кран 12 и обновляется из сети через кран 6 и фильтр 5. Для предотвращения вибраций установки служат четыре виброопоры 17.
Преимущества новой конструкции установки для термопластического упрочнения деталей:
1. Унифицированность конструкции
2. Простота технического обслуживания и ремонта
3. Всесторонний доступ к охлаждаемой детали
4. Увеличение угла наклона струй охлаждающей жидкости на 30° способствует эффекту «задержки» упрочняемых деталей, масса которых достигает 1,5 кг, в камере охлаждения.
5. Накладные конструкции (насадки) и регулировка спрейерных решеток охлаждения способствуют эффективному сбиванию паровой рубашки, препятствующей формированию благоприятного напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя, и позволяют упрочнять все поверхности деталей разнообразной формы и размеров с одинаковым более высоким качеством и избежать концентраторов напряжений.
На рисунке 2 показана регулировка размеров отверстий спейерных решеток охлаждения, где: 44 - спейерная решетка охлаждения, 45 - отверстия спейерной решетки охлаждения, 46 - насадка, регулирующая размеры отверстий спейерных решеток охлаждения
Сведения об авторах:
ФИО: Карпов Александр Вячеславович
Должность: старший преподаватель
Место работы: ГОУВПО Самарский государственный технический университет, Факультет «Машиностроения и автомобильного транспорта», кафедра «Инструментальные системы и сервис автомобилей».
Служебный адрес: ГОУВПО Самарский государственный технический университет, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, кафедра «Инструментальные системы и сервис автомобилей».
Домашний адрес: 443117, г.Самара, ул. Аэродромная, д. 111, кв. 23.
Телефон:89277213013.
Электронная почта: isap@samgtu.ru, rusalexa@mail.ru
ФИО: Папчихин Сергей Алексеевич
Должность: ведущий инженер
Место работы: ГОУВПО Самарский государственный технический университет, Факультет «Машиностроения и автомобильного транспорта», кафедра «Инструментальные системы и сервис автомобилей».
Служебный адрес: ГОУВПО Самарский государственный технический университет, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, кафедра «Инструментальные системы и сервис автомобилей».
Домашний адрес: г.Самара, ул. Стара-Загора, д. 130, кв. 6.
Электронная почта: isap@samgtu.ru