Способ упрочнения поверхностей изделий и устройство для его осуществления

Изобретение о машиностроения, а рочняющей обрабо быть использовано ческих процессах о ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 07,01.93,Бюл, М 1 71) Ульяновский политехнический институт(56) Жданов В,Ф., Кузнецов А.В, Об улучшении эксплуатационных свойств поверхностей сложной формыЯРаэработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки, - М., 1988. С.310-311. тноситсяк технологии именно к технологии уптки, кроме того, может в различных технологи- чистки поверхностей,Известны способы упрочнения деталей машин и инструмента импульсными водо- воздушными струями, импульсными струями жидкости (прототип), позволяющие упрочнять труднодоступнье 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. ЕНИЯ ПОВЕРХНОРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО тся к области техно- а именно к технолоботки. Изобретение ктивность упрочнят стабилизации ретем полной замены ами, что также по- высокое давление режима создания цокой частоте слеы,1 ил.(54) СПОСОБ УПРОЧН СТЕЙ ИЗДЕЛИЙ И УСТ О СУЩЕ СТВЛ Е Н ИЯ (57) Изобретение относи логии машиностроения, гии упрочняющей абра позволит повысить эффе ющей обработки за сче жима создания струй пу жидкости между разряд зволит получить более струи без увеличения струй при достаточно в дования струй. 2 с.п. ф-л 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 жидкои газам)Т (продуктами разложения воды); эрозия электродов, продукты которой поступают в рабочую жидкость, загрязняя ее; изменение электрических свойств жидкости. Эти явления могут существенно влиять на эффективность уп рочняющей обработки.Насыщение жидкости газами приводит следующим образом; при расширенииканала разряда в жидкости всегда образуется газовый пузырь (при расширении плазмы, составляющей канал разряда), послеокончания импульсного электрическогоразряда этот газовый пузырь схлопывает,причем бывает одна или несколько пульсаций, В результате этого процесса жидкостьнасыщается газами, Кроме того, канал разряда представляет собой низкотемпературную плазму, В результате взаимодействияплазмы канала разряда с жидкостью возможно разложение последней на водород икислородНасыщение жидкости газами приводитк снижению плотности жидкостичто, всвою очередь, существенно снижает эффективность упрочнения импульсными струямижидкости. Проиллюстрировать влияниеплотности жидкости на эффективность упрочняющей обработки можно, рассмотревизвестную зависимость для определениядавления, создаваемого ИСЖ на поверхности детали при ударе струи об эту поверхность;=1 р с ч, . (1)где 1 - коэффициент;р - плотность жидкости, кг/м;з.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 импульсномэлектрическом разряде в жидкости свойства самой жидкости существенно меняются.Это касается не только насыщения жидкости газами и продуктами эрозии электродов, но и изменения электрических свойствжидкости, например, за счет ионизациижидкости при импульсном электрическомразряде. Все вышеперечисленные факторыприводят к существенному (до 40 О/) колебанию давления, создаваемого ИСЖ на поверхности детали. Кроме того, существуетвероятность захвата потоком жидкости "выстреливаемой" из камеры, частиц металла(продуктов эрозии электродов, которые приударе ИСЖ оставляют на обрабатываемойповерхности детали микрократеры,.Необходимо заметить, что в процессеодного (первого) "выстрела" жидкость,."выстреливаемая" в виде струи, насытится газами и продуктами эрозии электродов неуспевает, так как "выстреливаемая" жидкость всегда находится над каналом разряда и поэтому остается чистой, Упомянутыевыше 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 воз 10 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 бы принудительная замена рабочей жидкости. Вместе с тем во всех известных из литера 20 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 ска 2-3-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 разряд 35 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 О при 3-4-х выстрелах без замены жидкости, Увеличение числа 45 выстрелов выше 5 без замены жидкостиприводит 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 оь. 30 занное выше. Уже после 3-5 разрядов (беззамены жидкости) наблюдается интенсивное выделение газов. Кроме того, уже после.10 упрочнения деталей машин и инструментов, 15 машин и инструментов, содержащее разрядную камеру с выходным соплом, элект 35 40 электродная система "острие-острие"). 45При 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 55 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 электродбв 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 рас 25 30 пространения ударной волны преграду, Таким гасителем может быть ломаное отверстие в корпусе разрядной камеры, обратныйклапан и т.д.Для подачи требуемого количества рабочей жидкости в разрядную камеру 1 избака 9 используется насос 8 и подающийклапан 5, расположенный на трубопроводе,соединяющем разрядную камеру 1 и насос8, Использование клапана 5 позволяет подавать в разрядную камеру строго определенное количество жидкости, что позволяетповысить производительность всего устройства.Отбирающий клапан 6 используется дляотбора отработанной жидкости из разрядной камеры 1 в бак 9 с устройством очисткижидкости. Отбирающий клапан 6 расположен на трубопроводе, соединяющем разрядную камеру 1 и бак 9.Работой ГИТ 10, клапанов 5 и 6 насоса8 управляет блок 7 управления,Блок 7 выполняет следующие основныефункции: подает питание на ГИТ и насос(при включении устройства); вырабатываетсигналы: .1-й - на включение на время т 1 подающего клапана 5;2-й - на разрешение произведения им-пульсного электрического разряда в разрядной камере;3-й - на включение на время 12 отбирающего клапана 6 после произведения разряда,Так как отработанная жидкость насыщена продуктами эрозия электродов, ее не.обходимо очищать. Для этого в устройствепредусмотрен бак 9 с устройством очисткижидкости. В нашем случае могут быть использованы различные системы очисткиСОЖ, широко используемые в металлообработке (например, бак отстойник, фильтры,магнитные сепараторы й т.д.), Загрязненнаяжидкость поступает в устрбйство очистки, азатем сливается в бак и оттуда с помощьюнасоса 8 подается в рабочую камеру,Для создания импульсного электрического разряда в жидкости в разрядной камере используется генератор 10 импульсныхтоков (ГИТ), который подключен к электродной системе 3 разрядной камеры 1, и фор.мирует импульс тока требуемой энергии,Устройство работает следующим образом; с блока 7 управления подается сигнална включение насоса 8 на время т, включается подающий клапан 5 И=Чи/01,где 01 - расход жидкости через подающийклапан, м/с;Чк - обьем разрядной камеры м1786130 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 20- 30 оь. Данное изобретение отработано в производственных условиях,орректор Н.Ревск Редактор хред М,Моргентал каз 230 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва. Ж, 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 с 2, открывающий клапан 6 на время 1 г(с=ЧкИ 2, где 02- расход жидкости через отбирающий клапан, м /с), причем жидкость из разрядной камеры стекает или откачивается в бак 9, где происходит ееочистка и откуда жидкость вновь подается в камеру, Далее весь цикл повторяется, йо надо помнить, что (11+ и)т, где т - 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 ич а ю щий с ятем, 10 что, с целью повышения эффективности уп-.рочнения, жидкость в рабочей камере после каждого разряда полностью или частично заменяют.2, Устройство для упрочнения поверхно стей изделий, преимущественно поверхностей деталей машин и инструмента, содержащее разрядную камеру с выходным соплом, электроды, установленные в стенках разрядной камеры, соединенные с гене 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 га-,ситель 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.