Устройство для нанесения высокодисперсных материалов на поверхность металлов ультразвуком

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к формированию микротопографии пар трения. Устройство содержит корпус, магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, и излучатель ультразвука. На корпусе устройства установлен сливной штуцер с направляющей трубкой, предназначенный для подачи жидкого раствора высокодисперсных частиц и индикации интенсивности излучения ультразвука. Излучатель ультразвука закреплен на торцевой части концентратора посредством шпильки, а его торец выполнен в виде рабочего наконечника с контактной площадкой в форме вогнутой сферической или плоской поверхности в зависимости от формы обрабатываемой поверхности металлов. Использование такой конструкции позволяет насытить обрабатываемую поверхность металлов высокодисперсными материалами, что ведет к снижению коэффициента трения, повышению износоустойчивости обрабатываемой поверхности и кпд устройства. 3 з.п.ф-лы., 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к формированию микротопографии пар трения.

Одной из важнейших составляющих формирования микротопографии пар трения является упрочнение поверхности деталей. Другой составляющей является нанесение высокодисперсных материалов на поверхность металлов.

Известно "Устройство для упрочнения изделий" (см. описание изобретения к авт. свид. СССР 998104, кл. В 24 В 39/04, C 21 D 7/04, опубл. в 1983 г.), содержащее установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с помощью резьбового элемента с концентратором, на торцевой части которого жестко закреплена, например, с помощью пайки, рабочая часть (излучатель ультразвука). Излучатель ультразвука представляет собой пластину, выполненную как одно целое в форме двух симметрично расходящихся в разные стороны лепестков, имеющих общее основание и разделенных между собой переходным вогнутым участком. Контактный элемент каждого лепестка выполнен в виде выпуклой полусферы и плавно сопряжен с вогнутым участком. Такая форма излучателя ультразвука позволяет осуществлять обработку цилиндрических поверхностей, но не обеспечивает качественную обработку плоских поверхностей.

Однако для нанесения высокодисперсных материалов на поверхность такая форма излучателя ультразвука не эффективна, поскольку при воздействии ультразвуковой энергии в силу ее ударного характера излучатель ультразвука сработает в месте контакта с обрабатываемой поверхностью как выталкивающий элемент частиц высокодисперсного материала, что в свою очередь приводит к снижению качества обрабатываемой поверхности.

Из известных из уровня техники аналогичных технических решений в качестве прототипа выбрано устройство для нанесения высокодисперсных материалов на поверхность металлов ультразвуком по патенту RU 2160325, опубл. 10.12.2000, кл. С 23 С 26/00.

Известное устройство для нанесения высокодисперсных материалов на поверхность металлов ультразвуком содержит корпус, магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, и излучатель ультразвука.

Однако недостатком известного устройства является невысокое качество обрабатываемой поверхности металлов, а также низкая производительность процесса нанесения высокодисперсных материалов на поверхность.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в насыщении обрабатываемой поверхности металлов высокодисперсными материалами с целью снижения коэффициента трения, повышения износоустойчивости обрабатываемой поверхности, а также кпд устройства.

Указанная задача решается за счет того, что устройство для нанесения высокодисперсных материалов на поверхность металлов ультразвуком, содержащее корпус, магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, и излучатель ультразвука, снабжено, установленным на корпусе, сливным штуцером с направляющей трубкой, предназначенным для подачи жидкого раствора высокодисперсных частиц и индикации интенсивности излучения ультразвука, при этом излучатель ультразвука закреплен на торцевой части концентратора посредством шпильки, а его торец выполнен в виде рабочего наконечника с контактной площадкой в форме вогнутой сферической или плоской поверхности в зависимости от формы обрабатываемой поверхности металлов.

Поставленная задача решается также и за счет того, что контактная площадка рабочего наконечника, выполненного из термодинамически устойчивого материала, сформирована скосами, выполненными в его верхней и нижней частях, при этом скос в верхней части рабочего наконечника предназначен для использования его в качестве заборного элемента для жидкого раствора высокодисперсных частиц.

Существенными отличительными признаками заявляемого изобретения являются наличие сливного штуцера с направляющей трубкой, предназначенного для подачи жидкого раствора высокодисперсных частиц и индикации интенсивности излучения ультразвука, и форма выполнения контактной площадки рабочего наконечника в виде вогнутой сферической или плоской поверхности в зависимости от формы обрабатываемой поверхности металлов.

Выполнение контактной площадки рабочего наконечника таких форм объясняется тем, что она жестко взаимосвязана с излучаемой ультразвуковой энергией и в то же время контактная площадка определяет форму контакта с поверхностью металлов. Такая жестко связанная контактная система при воздействии ультразвуковой энергии, в силу ее ударного характера, начинает работать в режиме "молотка", забивая частицы высокодисперсного материала в микротопографию поверхности металла. В результате этого существенно повышается адгезионная прочность забиваемых частиц, приводящая к повышению эффективности насыщения обрабатываемой поверхности, что в свою очередь снижает коэффициент трения и повышает кпд устройства.

Ведение в устройство сливного штуцера с направляющей трубкой позволяет обеспечить: - подачу жидкого раствора, являющегося несущим элементом высокодисперсных частиц, в зону обработки поверхности металлов; - одновременное охлаждение магнитострикционного преобразователя, излучателя ультразвука с рабочим наконечником и обрабатываемой поверхности металлов; - и визуализацию уровня ультразвуковой энергии, подаваемой в зону обработки поверхности металлов.

В результате этого в предлагаемом устройстве получена единая система охлаждения и индикации уровня энергии. Такая система существенно повышает эффективность процесса насыщения поверхности металлов высокодисперсными материалами, а следовательно, уменьшает коэффициент трения в парах трения и повышает кпд устройства.

Целесообразность выполнения скосов в верхней и нижней частях рабочего наконечника объясняется формированием его контактной площадки, эквивалентной ультразвукой энергии, подаваемой в зону обработки поверхности металлов.

Кроме того, скос в верхней части рабочего наконечника образует также заборный элемент. Такой заборный элемент создает удобство подачи и распределения жидкого раствора в зоне обработки поверхности металлов, а также позволяет уменьшить потери высокодисперсного материала, в качестве которого могут быть использованы, например, алмазная пыль, серпентин, кварц и т.п.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает технический результат, выражающийся в насыщении обрабатываемой поверхности металлов высокодисперсными материалами с целью снижения коэффициента трения в парах трения и повышения кпд устройства.

Все это в целом приводит также к повышению износоустойчивости обрабатываемой поверхности металлов и производительности процесса насыщения высокодисперсными материалами.

Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью отличительных признаков.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано для обработки поверхностей металлов путем насыщения их высокодисперсными материалами с использованием энергии ультразвуковых колебаний.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на: фиг. 1 представлено заявляемое устройство для нанесения высокодисперсных материалов на поверхность металлов ультразвуком (продольный разрез); фиг.2 - излучатель ультразвука (продольный разрез), торец которого выполнен: а) в виде вогнутой сферической поверхности; б) в виде плоской поверхности.

Заявляемое устройство включает установленный в корпусе 1 магнитострикционный преобразователь 2, соединенный с концентратором 3, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука 4 с помощью шпильки 5. Торец излучателя ультразвука 4 служит в качестве рабочего наконечника 6, выполненного из термодинамически устойчивого материала, обладающего повышенной твердостью (относительно твердости обрабатываемого материала, например из карбидов вольфрама, карбидов титана и т. п.). На корпусе 1 установлен сливной штуцер 7 с направляющей трубкой 8. Устройство закрепляется с помощью приливов 9, например, на токарном, шлифовальном, строгальном или ином станке.

Рабочий наконечник 6 (фиг.2) имеет контактную площадку 10, выполненную в виде вогнутой сферической поверхности (фиг.2а) или плоской поверхности (фиг. 2б), сформированную верхним 11 и нижним 12 скосами.

На фиг. 2а, б показаны также верхний 13 и нижний 14 отражающие экраны, которые могут быть при желании использованы для сохранения высокодисперсного материала, содержащегося в жидком растворе, в качестве которого могут быть использованы, например, вода или СОЖ.

Кроме жидкого раствора, насыщенного высокодисперсными частицами, для обработки поверхности металлов может использоваться и высокодисперсный материал в виде порошка, который также подается в заборный элемент (на фигурах подача порошка не показана).

Форма контактной площадки 10 (фиг.2а, б) рабочего наконечника 6 определяется формой обрабатываемой поверхности металлов.

Излучатель ультразвука 4 выполнен съемным, поэтому при износе контактной площадки 10 или смене формы обрабатываемой поверхности, излучатель ультразвука 4 легко может быть заменен.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы устройство закрепляется на соответствующем станке с помощью приливов 9. После этого необходимо поджать устройство к обрабатываемой поверхности металлов. Подаваемое на обмотку магнитострикционного преобразователя 2 напряжение вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через концентратор 3 на излучатель ультразвука 4 с рабочим наконечником 6.

Воздействие ультразвуковой энергии на поверхность металлов осуществляет контактная площадка 10 рабочего наконечника 6, выбираемая либо вогнутой сферической с радиусом изгиба R изл. ул. ≥ R д., где R изл. ул. - радиус излучателя ультразвука, R д. - радиус цилиндрической поверхности; либо плоской поверхности, где R изл. ул.=0, если обрабатываемая поверхность металлов плоская.

На обрабатываемую поверхность металлов подается из сливного штуцера 7 через направляющую трубку 8 и заборный элемент жидкий раствор, являющийся несущим элементом высокодисперсных частиц. В силу ударного характера воздействующей ультразвуковой энергии рабочий наконечник 6 начинает работать в режиме "молотка", забивая высокодисперсные частицы в микротопографию обрабатываемой поверхности металлов. В результате повышается адгезионная прочность высокодисперсных частиц в обрабатываемой поверхности металлов.

Это приводит к снижению коэффициента трения в парах трения и повышению износоустойчивости обрабатываемых поверхностей металлов, а также к повышению кпд устройства в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для нанесения высокодисперсных материалов на поверхность металлов ультразвуком, содержащее корпус, магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, и излучатель ультразвука, отличающееся тем, что оно снабжено установленным на корпусе сливным штуцером с направляющей трубкой, предназначенным для подачи жидкого раствора высокодисперсных частиц и индикации интенсивности излучения ультразвука, при этом излучатель ультразвука закреплен на торцевой части концентратора посредством шпильки, а его торец выполнен в виде рабочего наконечника с контактной площадкой в форме вогнутой сферической или плоской поверхности в зависимости от формы обрабатываемой поверхности металлов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактная площадка рабочего наконечника сформирована скосами, выполненными в его верхней и нижней частях.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий наконечник выполнен из термодинамически устойчивого материала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что скос в верхней части рабочего наконечника предназначен для использования его в качестве заборного элемента для жидкого раствора высокодисперсных частиц.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2