Способ упрочнения поверхностей изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к технологии упрочняющей обработки. Изобретение позволит повысить эффективность упрочняющей обработки за счет стабилизации режима создания струй путем полной замены жидкости между разрядами, что также по: зволит получить более высокое давление струи без увеличения режима создания струй при достаточно вырокой частоте следования струй, 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 D 7/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) .щааа . "-"тЧ,;-Щ(ЩЧЛ;, " ", ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4892969/02 (22) 25,09,90 (46) 07,01.93.Бюл, ¹ 1 (71) Ульяновский политехнический институт (72) В.Ф,Жданов, А.В.Кузнецов и E,А.Требухов (56) Жданов В,Ф., Кузнецов А.B. Об улучшении эксплуатационных свойств поверхностей сложной формы.//Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки. — М., 1988. С.310-311.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к технологии упрочняющей обработки, кроме того, может быть использовано в различных технологических процессах очистки поверхностей.

Известны способы упрочнения деталей машин и инструмента импульсными водовоздушными струями, импульсными струями жидкости (прототип), позволяющие упрочнять труднодоступные и сложные поверхности деталей и инструментов из высокопрочных и твердых сталей. Эти методы, особенно упрочнение импульсными струями жидкости, имеют большие возможности, но обладают существенным недостатком.

Для упрочнения различных материалов необходимо точно подбирать режим упрочнения, это позволяет резко повысить эффективность упрочняющей обработки, Кроме точного подбора режима упрочнения, необходимо следующее условие — стабильность режима упрочнения.

„,. Ж„„1786130 А1 (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

О СУЩЕ СТВЛ Е Н ИЯ (57) Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к технологии упрочняющей обработки. Изобретение позволит повысить эффективность упрочняющей обработки за счет стабилизации режима создания струй путем полной замены жидкости между разрядами, что также позволит получить более высокое давление струи без увеличения режима создания струй при достаточно высокой частоте следования струй. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Недостатком данного способа, принятого за прототип, является нестабильность режима упрочнения, что определяется следующим. Для создания импульсных струй жидкости наиболее часто используется так называемый электрогидравлический эффект, Сопровождающий импульсный электрический разряд в жидкости (ИЭР), создающий высокое давление.

Иэ литературных источников известно и экспериментально подтверждено, что при импульсном электрическом разряде в жидкости, которая используется нами как источник высокого давления в разрядной камере, происходит следующее: насыщение жидкости гаэамй (продуктами разложения воды); эрозия электродов, продукты которой поступают в рабочую жидкость, загрязняя ее; изменение электрических свойств жидкости. Эти явления могут существенно влиять на эффективность упрочняющей обработки.

Насыщение жидкости газами приводит следующим образом: при расширении

1786130 канала разряда в жидкости всегда образуется газовый пузырь (при расширении плазмы, составляющей канал разряда), после окончания импульсного электрического разряда этот газовый пузырь схлопывает, причем бывает одна или несколько пульсаций, В результате этого процесса жидкость насыщается газами. Кроме того, канал разряда представляет собой низкотемпературную плазму. В результате взаимодействия плазмы канала разряда с жидкостью возможно разложение последней на водород и кислород

Насыщение жидкости газами приводит к снижению плотности жидкости, .что, в свою очередь, существенно снижает эффективность упрочнения импульсными струями жидкости. Проиллюстрировать влияние плотности жидкости на эффективность упрочняющей обработки можно, рассмотрев известную зависимость для определения давления, создаваемого ИСЖ на поверхности детали при ударе струи об эту поверхность; р=k р с v, (1) где k — коэффициент;

p — плотность жидкости, кг/м;

3.. с — скорость звука в жидкости, м/с; ч — скорость струи жидкости, м/с.

Из зависимости (1) видно, что с изменением плотности снижается и давление, создаваемое ИСЖ.

Следует заметить, что при импульсном электрическом разряде в жидкости свойства самой жидкости существенно меняются.

3to касается не только насыщения жидкости газами и продуктами эрозии электродов, но и изменения электрических свойств жидкости, например, за счет ионизации жидкости при импульсном электрическом разряде. Все вышеперечисленные факторы приводят к существенному (до 40%) колебанию давления, создаваемого ИСЖ на поверхности детали. Кроме того, существует вероятность захвата потоком жидкости "выстреливаемой" из камеры, частиц металла (продуктов эрозии электродов), которые при ударе ИСЖ оставляют на обрабатываемой поверхности детали микрократеры,.

Необходимо заметить, что в процессе одного (первого) "выстрела" жидкость, ."выстреливаемая" в виде струи, насытится газами и продуктами эрозии электродов не успевает, так как "выстреливаемая" жидкость всегда находится над каналом разряда и поэтому остается чистой, Упомянутые выше негативные, с точки зрения эффективности обработки, процессы в жидкости (насыщение газами, вынос частиц металла) проявляют себя, как показали наши исследования, при двух и более разрядах без замены жидкости.

Целью изобретения является повышение эффективности упрочняющей обработки, Указанная цель достигается тем, что по способу упрочнения поверхностей изделий, преимущественно поверхностей деталей машин и инструментов, включающему воз10 действие на поверхность изделия струями жидкости в импульсном режиме, причем для органиэации импульсного режима, периодически создают электрические разряды в рабочей камере, жидкость в рабочей камере

15 после каждого разряда полностью или частично заменяют.

Авторам не известны технические решения, в которых предусматривалась бьг принудительная замена рабочей жидкости.

Вместе с тем во всех известных из литера20 турных источников конструкциях разрядных камер существуют зоны, в которых будут накапливаться загрязнения. Это обусловлено еще и тем, что обьем разрядной. камеры всегда больше объема жидкости, который выбрасывается из камеры за один

25 цикл, Экспериментальные исследования, проведенные авторами, подтверждают ска2-3-х выстрелов (разрядов) рабочая жидкость становится менее прОзрачной, так как в ней во взвешенном состоянии находятся продукты эрозии электродов и пузырьки газов. Эксперименты проводились на разряд35 ных камерах с объемом 200, 150, 75 мл с выходным соплом диаметром 15, 10, 5, 3 мм, 40 на режимах создания ИСЖ: напряжение разряда 6-12 кВ, емкость конденсаторной батареи 20-66 мкФ. Колебания давления

ИСЖ составляют 20-30% при 3-4-х выстрелах без замены жидкости. Увеличение числа

45 выстрелов выше 5 без замены жидкости приводит к еще большему колебанию величины давления создаваемого ИСЖ, Использование данного изобретения позволит поддержать свойства жидкости в рабочей камере и струе на требуемом уровне, а также получать ту же величину давления при меньших затратах энергии.

Это будет особенно важно, когда в качестве рабочей жидкости будет использоваться не вода, а какой-либо состав с определенными свойствами.

Применение данного изобретения позволит повысить эффективность упрочняющей обработки на 20-30%.

30 занное выше. Уже после 3-5 разрядов (без замены жидкости) наблюдается интенсивное выделение газов. Кроме того, уже после.

1786130

10 упрочнения деталей машин и инструментов, 15 машин и инструментов, содержащее разрядную камеру с выходным соплом, элект- 20

40 электродная система "острие-острие"). 45

При импульсном электрическом разряде в жидкости в разрядной камере возникает высокое импульсное давление, формируется ударная волна. Для того, чтобы рабочие клапаны не были бы выведены 50 из строя этим давлением, чтобц предотвратить снижение рабочего давления в разрядной камере (так как жесткость разрядной камеры во много раз выше, чем жесткость

Известны различные устройства для создания импульсных струй жидкости. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому авторами устройству является устройство, которое может быть использовано для создания импульсных струй жидкости, но обладает существенным недостатком, а именно невозможностью быстрой замены жидкости между разрядами, что. привбдит к нестабильной работе устройства и необходимости увеличения режима ИЭР для создания требуемой скорости струи.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства для

Указанная цель достигается тем, что устройство для упрочнения поверхности изделий, преимущественно поверхностей деталей роды, установленные в стенках разрядной камеры и соединенные с генератором импульсных токов, дополнительно снабжено двумя клапанами, двумя гасителями ударных волн, блоком управления и насосом, который через первый клапан и первый гаситель ударных волн соединен трубопроводом для подачи жидкости с разрядной камерой, трубопровод для слива жидкости соединен с разрядной камерой и содержит последовательно установленные второй гаситель ударных волн и второй клапан, причем управляющие входы насоса, генератора импульсных токов и клапанов соединены с выходами блока управления.

На чертеже показана схема устройства.

Для создания ИСЖ используется разрядная камера, представляющая собой замкнутую камеру 1, включающую выходное сопло 2 и электродную систему 3. Электродная система может состоять из двух электродов тйпа "острие-острие" или "острие-плотность", или коаксиальных электродов (на чертеже в качестве приведена трубопроводов), между клапанами 5 и 6 и разрядной камерой на трубопроводе устанавливаются специальные глушители 4, Погасить ударную волну, сформированную в разрядной камере при импульсном электрическом разряде, можно создав на пути рас25

30 пространения ударной волны преграду, Таким гасителем может быть ломаное отверстие в корпусе разрядной камеры, обратный клапан и т.д.

Для подачи требуемого количества рабочей жидкости в разрядную камеру 1 из бака 9 используется насос 8 и подающий клапан 5, расположенный на трубопроводе, соединяющем разрядную камеру 1 и насос

8. Использование клапана 5 позволяет подавать в разрядную камеру строго определенное количество жидкости, что позволяет повысить производительность всего устройства.

Отбирающий клапан 6 используется для отбора отработанной жидкости из разрядной камеры 1 в бак 9 с устройством очистки жидкости. Отбирающий клапан 6 расположен на трубопроводе, соединяющем разрядную камеру 1 и бак 9.

Работой ГИТ 10, клапанов 5 и 6 насоса

8 управляет блок 7 управления, Блок 7 выполняет следующие основные функции: подает питание на ГИТ и насос (при включении устройства); вырабатывает сигналы: .

1-й — на включение на время t> подающего клапана 5:

2-й — на разрешение произведения им- пульсного электрического разряда в разрядной камере;

3-й — на включение на время 1р отбирающего клапана 6 после произведения разряда, Так как отработанная жидкость насыщена продуктами эрозия электродов, ее не.обходимо очищать. Для этого в устройстве предусмотрен бак 9 с устройством очистки жидкости. В нашем случае могут быть использованы различные системы очистки

СОЖ, широко используемые в металлообработке (например, бак отстойник, фильтры, магнитные сепараторы и т.д.). Загрязненная жидкость поступает в устрбйство очистки, а затем сливается в бак и оттуда с помощью насоса 8 подается в рабочую камеру.

Для создания импульсного электрического разряда в жидкости в разрядной камере используется генератор 10 импульсных токов (ГИТ), который подключен к электродной системе 3 разрядной камеры 1, и формирует импульс тока требуемой энергии.

Устройство работает следующим образом; с блока 7 управления подается сигнал на включение насоса 8 на время t<, включается подающий клапан 51 =Ч /Qt, где 01 — расход жидкости через подающий з .

Чк — объем разрядной камеры, мз, 1786130

Устройство, описанное выше, позволяет избежать те недостатки, которыми обладает прототип, т,е. позволяет повысить стабильность работы устройства и получить большее давление при тех же затратах, Использование данного способа и устройства для его реализации позволяет повысить эффективность упрочняющей.обработки на 2030%. Данное изобретение отработано в производственных условиях, Составитель А,Кузнецов

Техред M,Moðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор

Заказ 230 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 затем клапан 5 отключается, и с блока 7 подается сигнал на ГИТ 10, к электродной системе 3 подается импульс тока от ГИТ, в рабочей камере происходит импульсный электрический разряд, жидкость в вйде струи выбрасывается из разрядной камеры и воздействует на деталь, упрочняя ее, сразу после разряда от блока 7 подается сигнал

tz, открывающий клапан 6 на время

l2(T2=Vk/Q2, где 02 — расход жидкости через отбирающий клапан, м /с), причем жидкость из разрядной камеры стекает или откачивается в бак 9, где происходит ее очистка и откуда жидкость вновь подается в камеру. Далее весь цикл повторяется, йо надо помнить, что (т + sz) f, где f — требуемая частота следования струй.

Следует отметить, что авторам не известны какой-либо способ и устройство, снабженное подобной системой подачи и замены рабочей жидкости, поэтому данный способ и устройство обладают существенным отличием.

Формула изобретения

1, Способ упрочнения поверхностей изделий, преимущественно поверхностей деталей машин и инструмента, включающий

5 воздействие на поверхность изделия струями жидкости в импульсном режиме, причем для организации импульсного режима периодически создают электрические разряды в рабочей камере.отл ича ю щийсятем, 10 что, с целью повышения эффективности уп-. рочнения, жидкость в рабочей камере после каждого разряда полностью или частично заменяют.

2. Устройство для упрочнения поверхно15 стей изделий, преимущественно поверхностей деталей машин и инструмента, содержащее разрядную камеру с выходным соплом, электроды, установленные в стенках разрядной камеры, соединенные с гене20 ратором импульсных токов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с .целью повышения эффективности упрочнения, оно снабжено двумя. клапанами, двумя гасителями ударных волн, блоком управления и насосом, 25 который через первый клапан и первый гаситель ударных волн соединен трубопроводом для подачи жидкости с разрядной камерой, трубопровод для слива жидкости соединен с разрядной камерой и содержит

30 последовательно установленные второй гаситель ударйых волн и второй клапан, причем управляющие входы насоса, генератора импульсных токов и клапанов соединены с выходами блока управления.