Устройство для отделочно-зачистной и упрочняющей обработки
DEVICE FOR FINISHING-CLEANING AND STRENGTHENING TREATMENT

Изобретение относится к отделочно-зачистной и упрочняющей обработке деталей в свободной гранулированной среде, и может быть использовано в машиностроении, при безразмерной обработке деталей.
Известен галтовочный барабан (а.с. СССР №1310174, кл. В24В 31/02, 1987), содержащий установленный на станине и снабженный приводом вращения барабан со средствами для загрузки и разгрузки деталей, выполненный из секций, оси которых параллельны и совпадают с осью вращения, и смонтированы в виде трех многогранников, три грани которых - многоугольники, а две другие - треугольники, соединенные боковыми четырехугольными гранями так, что одноименные ребра треугольных граней соседних многоугольников расположены под углом 90°.
Недостатками известного галтовочного барабана являются ограниченные технологические возможности, недостаточная производительность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является (патент РФ №2542222, кл. В24В 31/02, опубл. 20.02.2015) устройство для отделочно-упрочняющей обработки, содержащее упруго установленный на станине со средствами для загрузки и выгрузки барабан с приводом, выполненное в виде наклонно установленного относительно горизонтальной оси цилиндра, с торцевыми стенками эллиптической формы, причем торцевая стенка барабана у средства для загрузки выполнена плоской и смонтирована под углом к оси вращения барабана, а торцевая стенка барабана у средства для разгрузки размещена перпендикулярно к оси вращения барабана и выполнена конической формы, при этом, по всей длине барабана, смонтирована цилиндрическая пружина волнообразной формы с плоским сечением витков и с направлением витков, совпадающим с направлением вращения барабана, которая оборудована устройством для изменения шага витков за счет ее растяжения или сжатия.
Недостатками известного устройства для отделочно-упрочняющей обработки являются недостаточные технологические возможности и производительность.
Техническим результатом задачи является расширение технологических возможностей и повышение производительности.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для отделочно-зачистной и упрочняющей обработки, содержащем упруго установленный на станине со средствами для загрузки и выгрузки барабан с приводом, барабан выполнен винтовым в виде многогранной винтовой пирамиды с плоскими гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы, смонтированными под острым углом одна к другой и под разными острыми углами к оси вращения винтового барабана, при этом винтовой барабан установлен под острым углом к оси вращения и снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с уклоном в одну сторону выгрузки и жестко закрепленными по их внутренним диаметрам конических пружин с витками трапециевидного сечения и уклоном в сторону выгрузки, причем большие оси торцевых щек многоугольной формы повернуты по оси вращения винтового барабана друг относительно друга на острый угол, при этом ребра пирамиды сгибаются по винтовым линиям.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предполагаемой конструкции устройства для отделочно-зачистной и упрочняющей обработки.
Новизна заключается в том, что барабан установлен под острым углом к оси его вращения и выполнен в виде многогранной пирамиды с плоскими гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы, смонтированными под острым углом одна к другой и под разными углами к оси вращения барабана, при этом барабан установлен под острым углом к оси вращения и снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с жестко закрепленными по их внутренним диаметрам витками трапециевидного сечения и уклоном в сторону выгрузки, причем большие оси торцевых щек многоугольной формы повернуты по оси вращения барабана друг относительно друга на острый угол, что создает колебания за счет дисбаланса массы самого барабана, имеющего ось вращения, которая не совпадает с его осью и загруженных в него масс загрузки (обрабатываемые детали и частицы рабочих сред). Такое техническое решение придает и обеспечивает воздействие этих колебаний на массы загрузки в трех взаимно перпендикулярных направлениях, усиливает влияние колебаний всей конструкции устройства на процесс обработки, расширяет технологические возможности, повышает производительность обработки.
Новизна заключается также в том, что большие оси торцевых щек многоугольной формы пирамиды повернуты по оси вращения винтового барабана друг относительно друга на острый угол, при этом ребра пирамиды сгибаются по винтовым линиям, что расширяет технологические возможности и повышает производительность.
Новизна заключается также в том, что барабан снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с жестко закрепленными по их внутренним диаметрам витками трапециевидной формы для перемещения обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред от загрузки к выгрузке, что расширяет технологические возможности, повышает производительность.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана расширяет технологические возможности, повышает производительность.
Новизна заключается в том, что совместное влияние вращательного движения барабана и движущихся внутри него обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред и совмещение с этим движением колебаний рамы с закрепленным на ней барабаном, придает обрабатываемым деталям и частицам рабочих сред сложное пространственное движение, что повышает производительность, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что центры симметрии внутренней поверхности барабана в каждом элементе поперечного сечения по его длине, смещены относительно оси вращения, что нарушает не только стационарность движения масс загрузки, расширяет технологические возможности, но и способствует созданию эксцентриситета и возбуждению колебаний барабана совместно с рамой.
Новизна заключается в том, что в результате выполнения барабана в виде установленной наклонно относительно горизонтальной оси пирамиды с торцевыми щеками, с размещенными под различными углами не только к горизонтальной оси вращения, но и друг к другу, нарушается стационарность движения масс загрузки, которые совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям, так как по периметру барабан выполнен в виде наклонной пирамиды, а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное, что повышает производительность, расширяет технологические возможности.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что барабан по всей длине имеет переменное не только поперечное, но и продольное сечение, что интенсифицирует процесс обработки, расширяет технологические возможности.
Новизна усматривается также в том, что поверхность по периметру барабана выполнена многогранной и конической, ось которой составляет с осью ее вращения острый угол, и поэтому положение центров симметрии барабана в виде эллипсов в процессе его вращения подвижно, что увеличивает энергоемкость взаимодействия потоков масс загрузки, повышает производительность, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что плоские торцевые щеки многоугольной формы, смонтированы под острым углом одна к другой и под разными углами к оси вращения барабана, причем большие оси торцевых щек многоугольной формы повернуты по оси вращения барабана друг относительно друга на острый угол, что нарушает стационарность движения потоков масс загрузки, поэтому размеры и место активного их взаимодействия заметно меняются за время одного оборота барабана, что обеспечивает расширение технологических возможностей и повышает производительность.
Новизна усматривается также в том, что расположение многогранных торцевых щек под острым углом к оси вращения многогранной конической поверхности барабана обеспечивает не только разность давления на частицы масс загрузки внутри барабана, но и перемещение их от загрузки к выгрузке.
Новизна заключается также в том, что такое конструктивное оформление барабана создает дебаланс во вращающемся барабане, что придает ему и раме низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс обработки, но и расширяют технологические возможности.
Новизна усматривается также в том, что барабан снабжен загрузочной и разгрузочной цапфами конической формы с уклоном в одну сторону выгрузки и жестко закрепленными по их внутренним диаметрам конических пружин с витками трапециевидного сечения и уклоном в сторону выгрузки, что повышает производительность, расширяет технологические возможности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для отделочно-зачистной и упрочняющей обработки, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - винтовой барабан с цапфами и смонтированной внутри пружиной растяжения с трапецеидальным сечением витков; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - наглядное изображение винтового барабана с загрузочной и разгрузочной цапфами.
Устройство для отделочно-зачистной и упрочняющей обработки (фиг. 1, фиг. 2) состоит из винтового барабана 1 с загрузочной цапфой конической формы 2 и разгрузочной цапфой конической формы 3, средства для загрузки 4, средства для разгрузки 5 и привода (не показано). Винтовой барабан 1 снабжен загрузочной цапфой конической формы 2 и разгрузочной цапфой конической формы 3 с возможностью вращения в подшипниковых опорах 6 и 7. Носок 8 средства для загрузки 4 входит в отверстие загрузочной цапфы конической формы 2 винтового барабана 1. Средство для загрузки 4, подшипниковые опоры 6 и 7 со смонтированным в них винтовым барабаном 1 закреплены на раме 9. Рама 9 подвешена на четырех пневмобаллонах 10, которые закреплены на станине 11. Для увеличения скорости продольного перемещения масс загрузки от загрузки к выгрузке устройство для отделочно-зачистной и упрочняющей обработки снабжена приспособлением (на чертеже не показано) для придания наклона оси вращения барабана 1 относительно горизонта. Винтовой барабан 1 со средством для загрузки 4 смонтирован на раме 9, и снабжен загрузочной 2 и разгрузочной 3 цапфами конической формы, с жестко закрепленными по их внутренним диаметрам витками трапециевидного сечения 13 и 14.
Винтовой барабан 1 (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) установлен под острым углом а к оси его вращения и выполнен в виде многогранной пирамиды с плоскими гранями по ее периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы 17 и 18, смонтированными под острым углом β одна к другой и под разными острыми углами к оси вращения винтового барабана 1, при этом повернутыми по оси вращения винтового барабана 1 относительно друг друга на угол ϕ (фиг. 5).
При повороте щек многоугольной формы 17 и 18 по периметру винтового барабана 1 (фиг. 5) ребра многогранной винтовой пирамиды сгибаются по винтовым линиям, что не только повышает производительность, но и обеспечивает перемещение обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред от загрузки к выгрузке.
Винтовой барабан 1 с загрузочными и разгрузочными конической формы цапфами 2 и 3, привод (на чертеже не показано) закреплены на раме 9, которая упруго, с помощью четырех пневмобалонов 10 смонтирована на станине 11.
1
2
Таким образом, винтовой барабан 1 может быть изготовлен с торцевыми щеками 17 и 18, большие оси которых i и i повернуты друг относительно друга на острый угол ω.
1
1
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
На фиг. 5 оси i-i и i-i торцевых щек многоугольной формы 17 и 18 тождественны (i-i≡i-i) и повернуты по оси вращения винтового барабана 1 друг относительно друга на угол ϕ, при этом i-i≡i-i. Для обеспечения продольного перемещения обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред внутри загрузочной 2 и разгрузочной 3 цапф конической формы жестко закреплены по их внутренним диаметрам витки трапециевидного сечения 13 и 14.
Устройство для отделочно-зачистной и упрочняющей обработки работает следующим образом.
Обрабатываемые детали и частицы рабочих сред поступают через средство для загрузки 4 и загрузочную цапфу 3 во вращающийся винтовой барабан 1, где они совершают движение по различным эллиптическим траекториям, размеры которых меняются по длине винтового барабана 1 в каждом поперечном сечении из-за созданного дебаланса вращающегося винтового барабана 1, при этом, обрабатываемые детали и частицы рабочих сред, совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям. А так как винтовой барабан 1 выполнен в виде многогранной пирамиды с плоскими гранями по его периметру и с плоскими торцевыми щеками многоугольной формы, смонтированными под острым углом одна к другой и под разными углами к оси вращения винтового барабана, при этом повернутыми относительно друг друга на острый угол, то обрабатываемые детали и частицы рабочих сред (массы загрузки) совершают в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное движение. В результате, поток движущихся масс загрузки не стационарен, а размеры и расположение активного взаимодействия их заметно меняются за время одного оборота винтового барабана 1. Поэтому в результате нарушения упорядоченности процесса движения частиц масс загрузки движение их становится более активным, ликвидируется зона малоподвижности, возрастает энергоемкость их соударений между собой и со стенками по периметру винтового барабана 1, а также с торцевыми щеками 17 и 18, что расширяет технологические возможности, повышает производительность. Процесс не стационарности движения масс загрузки усугубляется расположением торцевых многоугольных щек 17 и 18, что существенно меняет направление движения масс загрузки вдоль оси вращения винтового барабана 1 и создает зоны различного давления торцевых перфорированных щек 17 и 18 на частицы масс загрузки и интенсифицирует процесс обработки деталей. Частицы масс загрузки имеют возможность под воздействием геометрического уклона многогранного винтового барабана 1 и разности давления торцевых щек многогранной формы 17 и 18, расположенных под углом друг к другу и к оси вращения винтового барабана 1, не только двигаться по сложным траекториям, но и перемещаться в осевом направлении, создавая при этом турбулентные потоки. В результате такой интенсификации движения потоки частиц масс загрузки взаимодействуют интенсивно друг с другом, повышая производительность, расширяя технологические возможности. Обработанные детали и частицы рабочих сред через коническую втулку 3, с помощью витков трапециевидной формы 14, выводятся за пределы винтового барабана 1 в средство для разгрузки 5. Процесс движения частиц масс загрузки, которые поднимаются вверх и падают вниз, непрерывен. Поскольку внутренние стенки винтового барабана 1 расположены под углом не только друг к другу, но и к его оси вращения, то в каждой порции масс загрузки, каждая частица масс загрузки перемещается по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс обработки, расширяет технологические возможности, повышает производительность. Процесс движения частиц масс загрузки также интенсифицируется смонтированными внутри конических загрузочной и разгрузочной цапф 2 и 3 витками 17 и 18 с трапециевидным сечением и с направлением витков, совпадающим с направлением вращения винтового барабана 1, которые и обеспечивают дополнительное продольное перемещение частиц обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред от загрузки к выгрузке.
Такое конструктивное оформление винтового барабана 1 создает дебаланс, что придает ему и раме 9 низкочастотные колебания, которые не только интенсифицируют процесс обработки деталей, но и обеспечивают надежность перемещения их и вывод за пределы устройства.
Технико-экономические преимущества обеспечиваются за счет расширения технологических возможностей, повышения производительности, а также за счет создания дебаланса во вращающемся винтовом барабане, что придает ему и раме устройства низкочастотные колебания.
При повороте щек многоугольной формы по периметру барабана 1 ребра пирамиды сгибаются по винтовым линиям, что не только повышает производительность, но и обеспечивает перемещение обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред от загрузи к выгрузке.
Барабан 1 с загрузочными и разгрузочными цапфами 2 и 3, привод (на чертеже не показано) закреплены на раме 9, которая упруго, с помощью четырех пневмобаллонов 10, смонтирована на станине 11.
1
2
Таким образом, барабан 1 может быть изготовлен (фиг. 5 и фиг. 6) с торцевыми щеками 12, 13, большие оси которых i и i повернуты друг относительно друга на острый угол ω>0.
Устройство для отделочно-упрочняющей обработки работает следующим образом. При вращении барабана 1 обрабатываемые детали совместно с рабочими телами (массы загрузки) совершают движение по различным эллиптическим траекториям, размеры которых меняются по длине барабана 1 в каждом поперечном сечении (фиг. 1, фиг. 3), при этом центры симметрии внутренней поверхности барабана 1, в каждом его элементе поперечного сечения, смещены относительно оси вращения барабана 1, что нарушает не только стационарность движения масс загрузки, но и способствует созданию эксцентриситета и возбуждению колебаний барабана 1 совместно с платформой 9, и размещенными внутри барабана 1 массами загрузки. Поэтому массы загрузки совершает сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям, так как поверхность барабана 1 выполнена в виде наклонной призмы, а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное с наложением на эти движения колебаний, возбуждаемых ассиметричным положением барабана 1 (наклонно относительно горизонтальной оси вращения) и одновременного воздействия на них колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях. В результате чего, поток движущихся масс загрузки не стационарен, а размеры и расположение активного их смешивания заметно меняются за время одного оборота барабана 1. В результате нарушения упорядоченности процесса движения масс загрузки, движение их становится более активным, ликвидируется зона малоподвижности, возрастает частота и энергоемкость их соударений между собой и со стенками барабана 1, а также с торцевыми щеками 12 и 13, что обеспечивает расширение технологических возможностей, увеличение производительности обработки. Процесс не стационарности движения масс загрузки усугубляется не только расположением торцевых щек 12 и 13, что существенно меняет направление движения масс загрузки вдоль оси вращения барабана 1 и создает зоны различного давления торцевых щек на массы загрузки, но и многогранной формой барабана 1, по периметру выполненной в виде многогранной призмы, что придает частицам масс загрузки дополнительное движение при их взаимодействии с наклоненными друг к другу гранями барабана 1. При этом частицы масс загрузки имеют возможность под воздействием геометрического уклона барабана 1, разности давления торцевых щек 12 и 13 и винтовых линий по периметру барабана 1, не только двигаться по сложным траекториям, но и перемещаться в осевом направлении от загрузки к выгрузке.
Скорость перемещения масс загрузки (обрабатываемых деталей и рабочих тел) от загрузки к выгрузке можно регулировать изменением угла наклона всего устройства для отделочно-упрочняющий обработки.
Предлагаемая конструкция устройства для отделочно-упрочняющий обработки упрощает изготовление, позволяет повысить производительность, расширяет технологические возможности.
Технико-экономические преимущества возникают за счет придания массам загрузки сложного пространственного движения с поджатием их потоков и одновременного воздействия на них колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях.