Устройство для упрочнения деталей дробью

 

Изобретение относится к устройствам для упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием, в частности дробью с использованием ультразвука. Цель изобретения - повьшение долговечности за счет снижения концентраций напряжений. Устройство содержит волновод. 1, наружная поверхность стенки которого сформирована плоскостями, образующими правильную многогранную призму с числом граней, равным целому числу, находящемуся в интервале определенных расчетных значений. Представлены расчетные соотношения для выбора радиусов перехода от дна к стенке и к дисковому фланцу. Имеется также магнитострикционный преобразователь 2, запитываемый от ультразвукового генератора 3, дробь (стальные шарики) 4, приспособление 6 для закрепления упрочняемой детали. При работе устройства шарики под воздействием колебаний стенок и дна камеры интенсивно перемещаются внутри рабочего объема и, ударяя по поверхности детали,уп- . рочняют ее. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИ К

„.SU» 14478 (m 4 С 21 D 7/06 В 24 В 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4258206/25-27 (22) 08.06.87 (46) 30.12,88. Бюл. Р 48 (72) В.А,Остапенко, А.Я,Иалолетнев, А.В.Кулемин, Д.Л,Липсман и В.В.Зяблицев (53) 621.926.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1238331, кл. С 21 D 7/06, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНРНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДРОБЬМ (57) Изобретение относится к устройствам для упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием, в частности дробью с использованием ультразвука, Цель изобретения — повышение долговечности за счет снижения концентраций напряжений. Устройство содержит волновод 1, наружная поверхность стенки которого сформирована плоскостями, образующими правильную многогранную призму с числом граней, равным целому числу, находя щемуся в интервале определенных расчетных значений. Представлены расчетные соотношения для выбора радиусов перехода от дна к стенке и к дисковому фланцу. Имеется также магнитострикционный преобразователь 2, запитываемый от ультразвукового генератора 3, дробь (стальные шарики) 4, приспособление 6 для закрепления упрочняемой детали. При работе устройства шарики под воздействием колебаний стенок и дна камеры интенсивно перемещаются внутри рабочего объема и, ударяя по поверхности детали,упрочняют ее. 2 з.п, ф-лы, 2 ил, 1447888

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием, в част- 5 ности дробью, и может -быть использовано при упрочняющей обработке дета- лей из высокопрочных сталей.

Цель изобретения — повышение долговечности волновода зя счет сниже- 1О ния концентрации напряжений.

На фиг.l изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг.l (рабочая камера).

Устройство состоит из волновода l, !5 представляющего собой стакан, наружная поверхность стенки которого of>разована плоскостями, образующими правильную многогранную призму, ось симметрии которой совпадает с про- 20 дольной осью стакана, Волновод закреплен на торце трансформатора упру:гих колебаний магнитострикционного преобразователя 2 (типа IINC 15A-18), который запитывается от генератора

3 ультразвуковых колебаний (типа

УЗГ2-4И). Стальные шарики 4 и деталь

5, закрепленную на приспособлении 6, помещают в рабочий объем внутри стакана. Приспособление с деталью располагается на опорных стойках 7,закрепленных на стапине 8. Волновод имеет дисковый фланец 9, через кото!>ый

: он присоединяется к магнитострикционному преобразователю. 35

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковые колебания, сообщаемые волноводу 1 от генератора 3 и магнитострикционного преобразова- 40 теля 2, приводят стенки и дно стакана в колебательное движение, причем стенки колеблются с изгибом, а дно подвержено продольным колебаниям. Шарики 4 под воздействием колебаний стоянок и дна стакана интенсивно перемещаются внутри рабочего объема и, ударяя по поверхности детали 5, закрепленной на приспособлении 6, упрочняют ее. 50

Экспериментально установлено,что для обеспечения высоких значений ресурса работы волновода в устройстве (100 ч) и усталостной. долговечнос55 ти деталей из высокопрочных сталей, упрочненных в нем, необходимо, чтобы число плоскостей (граней), формирующих наружную поверхность стенки стякана, было равно целому числу, находящемуся в интервале значений

9!1< + 2Бт агссов

l l R, + 2В, arccos — — — — — - -—

l 3R<

Прн количестве граней, меньшем знаl 80 ч ения

9R< + 2Rz

arccos — — — — ——

1 lR< ресурс работы рабочей камеры мал (-10 ч), так как велика разница максимальной (B месте стыка граней) и минимальной (в середине грани) толщины стенки, а следовательно, велика и концентрация напряжений в наиболее тонком сечении стенки камеI>6I „

При количестве граней, большем

180 значения

l 1R< + 2Rg

arccos—

l 3R, эффективность упрочнения деталей из высокопрочных сталей недостаточна, так как мала разница максимальной и минимальной толщины стенки.

Кроме рассмотренных условий обеспечения долговечности эффективной работы устройства необходимо предусмотреть выполнение переходов от дна стакана к его стенке и дисковому фланцу по радиусам r u r соот< 2 ветственно.

Размер радиусов выбирается исходя из необходимости выполнения следующих двух условий: первое — отсутствие поломок по указанным радиусам вследствие концентрации напряжений; второе — исключение лияния радиусов на распространение изгибных< волн по стенкам волновода.

Первое условие обеспечивается при следующих соотношениях:

r, 0,103

r 0,15 d где D 8„ — внутренний диаметр (2 Rz)

d< — диаметр дискового фланца.

Дпя выполнения -второго условия .необходимо, чтобы

1447888

r 0,15 D„„;

r 0,20 Д

Выполнение обоих условий подтверждено экспериментально, т.е. при r a

1 0,10 D ц и г с 0,15 d + наблюдались поломки рабочих камер при наработке менее 100 ч из-за возникновения усталостных трещин в радиусах переходов, а при г, ) 0,15 D „ и г у 0,20 d наблюдалось снижение амплитуды изгибных колебаний стенок рабочей камеры и, как следствие, уменьшение эффективности упрочнения деталей.

Все изготовленные волноводы были испытаны при одинаковой мощности, потребляемой колебательной системой (рабочая камера — магнитострикционный преобразователь,) от генератора

УЗГ2-4М, до момента возникновения ус талостной трещины в стенке стакана, который определяли по резкому иэменеHHIo резонансной частоты колебательной системы. Если за 100 ч работы стакана усталостная трешина не возникала, то испытания прекращали.

Ддя определения эффективности работы стакана проводили упрочнение призматических образцов из стали

ЗОХН2МФА ГОСТ 4543-71 (НЯС 50) размером 10х10х55 мм с односторонним полукруговым надрезом глубиной и радиусом 2 мм в середине рабочей длины.

В качестве рабочих тел использовали шарики диаметром 2 мм, изготовленные из стали !!IX!5 ГОСТ 3722-81. Масса шариков 90 г. Частота колебаний волноводной системы 18 кГц. Время упрочнения одного образца 5 мин.

Упрочненные образцы подвергали усталостным испытаниям на копре повторного удара КПУ-2. Схема нагружения — поперечный изгиб образца, находящегося на двух опорах сосредоточенной ударной нагрузкой с частотой 11 Гц. Испытания проводили при циклических напряжениях э,„„

= 2100 МПа. Усталостная долговечность (по числу циклов до разрушения) неупрочненных образцов при выбранном уровне циклической нагрузки составляла 2100 циклов, Фор мул а н з о бр ет ения

1. Устройство для упрочнения де5 талей дробью, содержащее волновод в виде стакана с внутренней цилиндрической поверхностью, в котором свободно размещены закаленные шарики, стакан связан с магнитострикционным преобразователем через дисковый фланец с диаметром, меньшим внутреннего диаметра волновода, ультразвуковой генератор, приспособление для захвата деталей, установленное в верхней

15 части волновода с зазором относительно стенок волновода, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения долговечности волновода за счет снижения концентраций напряжений, 20 наружная поверхность волновода выполнена в виде правильной многогранной призмы, число граней которой равно целому числу, находящемуся в интервале значений

180 еео Н<+ 2Нг

arccos

1!Р, 180

11R + 2R агссоз

4 где n — целое число граней призмы;

R — радиус поперечного сечения ! цилиндра, в который вписана призма;

R — радиус окружности внутренг ней цилиндрической поверхности валновода, 40 а переходы от дна волновода к его стенкам и дисковому фланцу выполнены по радиусу, 2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что радиус перехода от дна волновода к стенке

45 выбирают

r, = (0,10 ... 0,15) 2Н

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что радиус

50 перехода дна волновода к дисковому фланцу выбирают

r = (0,15...0,20)d

55 где диаметр дискового фланца

1447888

Составитель С,Чукаева

Техред М.Ходанич

Корректор Э.Лончакова

Редактор М.Петрова

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6811/30 Тираж 545 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035„Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5