Способ ультразвуковой безабразивной обработки поверхностей

 

Использозание: ультразвуковая финишная обработка сварочной проволоки, плоских и цилиндрических фасонных поверхностей. Сущность изобретения: рабочий инструмент прижимают к обрабатываемой поверхности и сообщают им перемещение относительно друг друга. Инструменту сообщают ультразвуковые колебания с амплитудой 5-10мкм. Усилие прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности устанавливают так, что величина внедрения рабочего инструмента превышает толщину окисной пленки, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (я)з В 24 В 39/00, 1/Я4

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (21) 4952185/27 (22) 28,06,91 (46) 15.06.93. Бюл. ¹ 22 (71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) Л.И.Карпов, Ю.Ф,Назаров, В.В,Климанов и С.В.Семенов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1278182, кл. В 24 В 1/04, 1986, (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ 6E3A6- .

РАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

" Изобретение относится к машиностроению, а именно к финишной обработке металлических изделий и может быть использовано при окончательной обработке сварочной проволоки, в том числе, из алюминиевых сплавов, а также плоских, цилиндрических и фасонных поверхностей, имеющих специальные эксплуатационные требования, в том числе, отражательную способность, и для повышения качества сварных соединений из алюминиевых сплавов путем соответствующей обработки свариваемых стыковочных поверхностей и сварочной проволоки, Целью предложенного способа является повышение качества поверхностного слоя в соответствии с предьявляемыми эксплуатационными свойствами и повышение производительности за счет одновременного снятия окисной пленки вследствие износовых явлений и выглаживания вновь образовавшейся поверхности с образованием новых поверхностных структур шероховатости, с уменьшением микротрещин и

„„5U 1821342 А1 (57) Использование: ультразвуковая финишная обработка сварочной проволоки, плоских и цилиндрических фасонных поверхностей.

Сущность изобретения: рабочий инструмент прижимают к обрабатываемой поверхности и сообщают им перемещение относительно друг друга. Инструменту сообщают ультразвуковые колебания с амплитудой 5 — 10 мкм. Усилие прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности устанавливают так, что величина внедрения рабочего инструмента превышает толщину окисной пленки, 3 ил. одновременно с некоторым деформацион- Я ным упрочнением поверхностного слоя.

Сущность процесса снятия окисной пленки заключается в том, что под действием сил трения между рабочим телом-инструментом, внедренном в обрабатываемую Я поверхность силой Р, и этой поверхностью за счет ее интенсивного износа, вызванного большими скоростями относительных перемещений, происходит истирание поверхност- Q) ного слоя и переход его в.продукты износа, причем, износ обрабатываемой поверхности является нормальным, т.е,:

1. Отсутствует. разрушение основного металла, фь.

2. Пластическая деформация и разрушения локализуются в тончайших пове рхностных слоях вторичных структур, образующихся при трении, аююЬ

3. Присутствует динамическое равнове-, сие механо-химических процессов образования и разрушения вторичных структур. обеспечивающих установившееся протекание и роцесса.

1821342

Как правило. для.обеспечения этих условий необходимо применение смазки. В качестве смазок используются такие, какие не приводят к загрязнению вновь образовавшейся поверхности, например, на осно- 5 ве высокомолекулярных спиртов, Поэтому для осуществления процесса снятия окисной пленки в предлагаемом способе помимо введения высокоскоростной, порядка 2000 об/мин, круговой подачи инст- 10 румента, на его рабочие тела (типа шариков,. роликов и т.п,) подаются ультразвуковые колебания с большой амплитудой колебания порядка 5-10 мкм, в результате чего помимо выглаживания обрабатываемой поверхно- .15 сти, одновременно происходит и процесс снятия и удаления продукта износа окисной пленки вследствие износовых явлений.

Большая амплитуда колебаний осуществйма благодаря тому, что усилие прижатия ра- 20 бочих тел инструмента (шариков и т.д.} не велика. Это усилие имеет своей целью лишь обеспечение нормального контакта рабочих тел-шариков с обрабатываемой поверхностью. Обычно это.усилие составляет 4-6 кг 2-">

{40-60 Н), при котором величина внедрения рабочего тела в поверхность превышает толщину окисной пленки, Кинематика способа представлена на фиг.1, 2. Фиг.1- для цилиндрических повер- 30 хностей; фиг,2 — для плоских поверхностей с инструментом типа торцевой .фрезы. В процессе обработки рабочему инструменту

1, внедренному в обрабатываемую поверхность 2 силой Р таким образом, чтобы ве- 35 личина внедрения рабочего тела в поверхность превышает толщину окисной пленки, сообщаются движения подачи в двух направлениях — круговом и продольном — со скоростью V

p соответствен- 40 но, а также колебания с амплитудой (= 5 — 10 мкм вдоль одного из направлений подачи и в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности.

Эксперименты, проведенные при таком способе обработки сварочной проволоки из сплавов типа AMr, показали, что эффективное удаление ранее образовавшейся на ее поверхности окисной пленки и значитель- 50 . >ь ное снижение шероховатости достигается. при следующих режимах:

CKoPocTb пРотЯжки пРоволоки Vnp = 140 мм!мин; частота вращения инструмента Чкр

=2000об/мин; сила прижатия рабочеготела 55 к йоверхности Pn = 4 кг, При этом рабочим телам {шарикам) сообщались колебания уль-. тразвуковой частоты 20 кГц и амплитудами (= 10 мкм.

Ra проволоки до обработки = 0,3 мкм, после обработки — 0,09 мкм, При этом был снят поверхностный слой величиной 0,01 мм.

Предлагаемый способ ультразвуковой безабразивной обработки металлических поверхностей, подверженных образованию окисной пленки, реализован в устройстве, конструкция которого представлена на фиг.3.

Устройство содержит установленную в патрон токарного станка рабочую головку 1, несущую рабочие инструменты-шарики. 2.

Шарики 2, совершающие главное движение в виде УЗК, получают его от элемента 3, производящего. механические колебания ультразвуковой части, которым может быть либо концентратор, либо гильза, колебания на которую передаются от концентратора, совершающего продольные колебания через планку, совершающую изгибные колебания (на чертеже не показаны), шарики 2 прижимаются к обрабатываемой проволоке

4 прижимами 5 при помощи пружин 6. Необходимая регулировка усилия поджатия шариков 2 к обрабатываемой проволоке 4 осуществляется винтами 7 и контролируется по тарировочным шпалам 8. С целью более благоприятного протекания ультразвукового процесса контакт шариков 2 с корпусом 1 осуществляется по конической поверхности 9.

Протя>кка проволоки осуществляется с помощью протяжного устройства, состоящего из барабана, на который наматывается проволока 4, и который вращается при помощи электродвигателя. Для создания необходимого натяжения проволоки 4 в процессе обработки должен быть предусмотрен тормоз.

В условиях массового производства необходимо предусмотреть еще ряд дополнительных устройств, а именно: устройство подачи смазки и устройство удаления продуктов износа из эоны обработки, а также кожух, предотвращающий разбрызгивание смазки в процессе обработки.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая головка 1, несущая рабочие инструменты-шарики 2, устанавливается в патрон токарного станка и закрепляется.

Сварочная проволока 4 пропускается через патрон и ультразвуковую колебательную систему 3, Конец проволоки 4 закрепляется на барабане. Тормоз придает обрабатываемой проволоке 4 необходимое натяжение в процессе обработки. Затем регулируется необходимое усилие прижатия элемента 3, совершающего механические колебания ультразвуковой частоты к рабочим телам— шарикам 2, создаваемое пружинами 6, Это

1821342

0<ú Врос уеии,е усилие имеет своей целью лишь обеспечение нормального контакта элемента 3 с рабочими телами-шариками 2, Оно не должно быть значительным, чтобы не снижать амплитуду УЗК, При сборке должна быть обеспечена соосность рабочей головки 1 и элемента 3.

Далее винтами 7 устанавливается по торцовочной шпале 8 усилие прижатия рабочихтелшариков 2. к обрабатываемой проволоке 4, Затем включается генератор УЗК и окончательно, путем подстройки, устанавливается резонансная частота всей ультразвуковой колебательной системы. Включается электродвигатель и проволоке 4 сообщается необходимая продольная подача, включается токарный станок с необходимым значением частоты вращения патрона (круговой подачей). В результате рабочие тела-шарики 2 получают главное движение в виде УЗК с параметрами частоты колебаний f = 20 кГц и амплитудой g = 10 мкм, причем эта амплитуда будет иметь две составляющие вдоль и поперек оси проволоки и круговую подачу

Чкр = 2000 об/мин. Проволоке сообщается движение продольной подачи V

Таким образом, обработка проволоки 4 производится за один проход, что достигается согласованием расчетных режимов обработки. Достигается повышение качества поверхностного слоя: от Ra = 0,3 мкм перед

5 обработкой до 0,09 мкм после обработки.

При этом съем поверхностного слоя составляет 0,01 мм.

Формула изобретения

10 Способ ультразвуковой безабрэзивной обработки поверхностей, при котором рабочий инструмент прижимают к поверхности обрабатываемой детали и сообщают им перемещение относительно друг друга, о т л и15 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества поверхностного слоя и производительности обработки за счет одновременноfo снятия окисной пленки и выглаживания поверхности, рабочему инструменту сооб20 щают вращательное движение, при этом усилие прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности подбирают так, что величина внедрения рабочего инструмента в поверхность превышает толщину окисной

25 пленки, а ультразвуковые колебания инструменту сообщают амплитудой 5 — 10 мкм.

1821342

Составител ь Л, Карпов

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор

Корректор Н. Кешеля

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2085 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5