Установка для ультразвукового упрочнения деталей

СОЮЗ СОВЕТСКИХи РЕСПУБЛИК Оа а 1 69 В 24 В 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕЗЪНИЙ И ОТНРЫТЮ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ( 21) 361.9903/25-08 . тываемой деталью, которая через вол- ( 22) 11.0783 новод связана с пьезодатчиком, о т- (46) 30.11.85. Бюл. У 44 л и ч а ю щ а я с я тем, что, с ( 7.1) Производственное объединение целью повышения стабильности процес- "Невский завод" им. В.И.Ленина са упрочненця, на крышке установлен ( 72) Д.И.Бавельский, А.В.Иванов,электромагнит, связанный с регулируе- Г.И.Петров и 10.П.Тихомиров мым источником питания, причем вы 53) 621.9;047(088.8) ход пьезодатчика подключен к блоку ( 56) Козырев В.К., Серебряков В.И. измерения интенсивности сигнала акусПрогнозирование и выбор остаточных тической эмиссии, выход которого поднапряжений в поверхностном слоеключен к входу регулируемого источупрочняемых деталей. Авиационная про- ника питания через фазовый дискримимышленность В 10; 1980. натор, второй вход которого подключенОтчет Исследования эффективности к выходу дополнительного генератора работы прибора для контроля интен" низкой частоты.И сивности ультразвукового упрочнения . ,2. Установка по п. 1, о т л и ч ае лопаток ГТД, Ленинград, ПО "Невский ю щ а я с я тем, что выход блока нээавод", 1981. мерения интенсивности сигнала акус- ( 54 И 57) 1. УСТАНОВКА . ДЛЯ УЛЬТРА- . тической эмиссии подключен к входу С ЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ шарика-. , блока сравнения интегральной величи" ми, содержащая связанный с ультра- ,ны интенсивности с заданной величизвуковым генератором через резона- ной, причем выход этого блока связан тор., стакан для шариков, закрытый с цепью управления ультразвукового крышкой с укрепленной на ней обраба- генератора, 11469212Изобретение относится к технологии машиностроения, а конкретно к области ультразвукового упрочнения. деталей стальными шариками ( дробью ).Целью изобретения является стаби лизация процесса упрочнения за счет автоматического регулирования общей массы (количества )шариков, участвующих в упрочняющем воздействии на деталь, и непрерывного контроля ин- О тенсивности и стабильности процесса упрочнения.На фиг.1 изображена блок-схема установки для ультразвукового упрочнения, нафиг.2 в типичн зависимости упрочняющего воздействия от количества шариков; на фиг,З - временные диаграммы работы установки.Установка содержит резонатор 1 с шариками.(дробью ), связанный с возбудителем 2 ультразвуковых колебаний, закрытый крышкой 3 с укрепленной на ней обрабатываемой деталью,4, Деталь 4 через волновод 5 связана с датчиком 6 ультразвуковых колебаний25 ( пьезодатчиком ). На крышке 3 с наружнои стороны установлен электромагнит 7, связанный с регулируемым источником питания 8. Выход пьезодатчика 6 подключен к входу блока 9 измеЗО рения сигнала акустической эмиссии, включающего усилитель 10, полосовой ВЧ фильтр 11, детектор 12; фильтр низких. частот 13, с выходов которого снимается сигнал, пропорциональный 35 интенсивности акустической эмиссии (АЭ ) С первого выхода сигнал, пропорциональный интенсивности АЭ, поступает на вход амплитудно-фазового.дискриминатора 14, выход которогоподключен 40 к управляющему входу регулируемого источника питания 8. Второй ( опорный ) вход дискриминатора 14 подключен к генератору НЧ 15. Тот же вход блока 9 измерения сигнала АЭ подключен к входу блока 16 сравнения интегральной величины АЭ с установленным блоком 17 задания значением. Выход блока 16 связан с цепью выключения генератора 18., задающего частоту ультразвуковых ко лебаний и выходом связанного с возбудителем 2. Блок 16 сравнения содер" жит канал измерения интегральной величины интенсивности сигнала акустической эмиссии,:включающий преобразователь 19 напряжения в частоту, счетчик 20 и схему 21 сравнения кодов, связанную с блоком 17 задания, представляющим собой устройство наборакода.Для визуального контроля интенсивности упрочняющего воздействия второй выход фильтра 13, служащий для.получения растянутой шкалы на рабочемучастке, подключен к измерительному прибору 22, При работе в резонатор 1загружается определенная масса шариков (дроби), закрывается крышкой 3 с установленной на ней обрабатываемой деталью 4. При возбуждении ультразвуковых колебаний резонатора 1 возбудителем 2 шарики в резонаторе 1 начинают соударяться с деталью 4.Приэтом часть ударов является упругимистолкновениями, а часть оказываетупрочняющее воздействие, вызывая иэменение кристаллической решетки в месте удара. В процессе упрочнения принимает участие только оптимальное количество шариков, которое оказывает максимальное упрочняющее воздействие на деталь 4. Остальные шарики, не участвующие в упрочнении, удерживаются электромагнитом 7.Принцип работы установки поясняется фиг.2, где приведены типичные зависимости интенсивности Э упрочняющего воздействия, контролируемого по сигналам акустической эмиссии, от количества шариков в стакане, и. фиг.З, где показаны временные, диаграммы работы установки при поиске максимума, интенсивности и слежения за этим максимумомПри возбуждении ультразвуковых колебаний резонатора 1 возбудителем 2, питаемым с ультразвукового .генератора 18,. шарики в резонаторе 1 путем многократных отскоков от стенок. резонатора, запасающие кинетическую энер-. гию, начинают соударяться с деталью 4, находящейся в полости резонатора 1, таким образом, упрочняя ее. Часть ударов является упругими. столкновениями, При упрочняющих соударениях шариков с деталью возникают сигналы акустической эмиссии, спектор которых лежит в области частот, в 10- 100 раз превышающих частоту возбуждения резонатора 1. Этим сигналы (АЭ ) через волновод 5 подводятся к датчику 6 ультразвуковых колебаний, преобразующему их в электрические сигналы, Последние передаются на блок 9 измерения сигналов акустической эмис- сии, где они предварительно усилива1146 Типичные зависимости интенсивности упрочняющего воздействия, контролируемого по сигналам АЭ, приведены на фиг.2. Кривые 23, 24 и 25 . 50 соответствуют разным условиям измерений, причем мощность и частота ультразвукового генератора 18 при этом постоянны. Кривая 26 поясняет принцип отыскания максимума интенсивности. 55 Допустим, что изменения количества шариков под действием захвата и освобождения части шариков 7 элвктромагзются усилителем 10, полосовой ВЧфильтр 11 выделяет из всех сигналовдатчики только те, которые соответствуют акустической эмиссии. Детектор 12 преобразует ВЧ сигналы в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде ВЧ сигнала, фипьтр 13НЧ выделяет среднее значение этого напряжения, которое измеряетсяприбором 22, интегрируется блоком 16, 10поступает на цепь выделения сигналапоиска максимума интенсивности,включающую фазовый дискриминатор 14и генератор НЧ 15Как уже было отмечено, положение максимума и вид зависимости интенсивности от количества шариков зависит от большого числа параметров,однако во всех случаях наблюдается следующая закономерность: при малом числе шариков невелико число ударов о деталь 4, а упрочняющие ударысоставляют. некоторую часть всехударов, и число их также невелико,. Увеличение числа шариков приводит 25к росту общего числа ударов о деталь 4, но и увеличивает долю неупрочняющих соударений. Вначале преобладающее значение имеет рост числа ударов, но при некотором оптимальномчисле шариков наступает момент, прикотором дальнейшее увеличение числашариков настолько же снижает долюупрочняющих ударов, насколько увеличивается их общее число (эа счет ростачисла соударений между собой ). Дальнейшее увеличение числа шариков приводит к преобладанию неупрочняющих ударов вследствие уменьшениясредней энергии шариков, и общая интенсивность упрочняющего воздействия с ростом числа шариков начинает .уменьшаться. При некотором критическом значении числа шариков упрочняющее воздействие вообще прекращается,шарики перестают возбуждаться.921 4 нитом 7.происходят в пределах участка А, Тогда интенсивность АЭменяется в пределах 42, причем а 1/Ы УО (Б - число шариков ). На участке С а/аНО, а при положении среднего значения количества шариков и точке В а 1/аБ = О. Таким образом, можно построить следящую за максимумом систему, сигналом ошибки которой является корреляционная функция 6 между аТ/аС и аЯ/аС.1а 1 аи )О пРи 0 БРЯт. 6=- ( - Н - )аС; 6 =0 при 11 Н(О при Б 7 БрВ качестве коррелятора в простейшем варианте можно использовать фазовый детектор с ФНЧ на выходе, как это и сделано в предлагаемой установке. Следует отметить, что коррелятор обеспечивает также отстройку от случайных помех и случайных отклонений М от среднего.Временные диаграммы, приведенныена фиг3, иллюстрируют работу уста-новки при поиске и слежении эа максимумом интенсивности. Кривая 27 показывает среднее значение шариков ( пунктир соответствует Брдт), кривая 28 отражает количество шариков с учетом положения отклонений от среднего значения, кривые 29 и 30 отражают контролируемое и среднее значение сигналов АЭ, а кривая 31 - напряжение на выходе дискриминатора 14 . в одни и те же моменты времени С, ВЫделенный сигнал с выхода дискриминатора 4 подается на управляющий вход регулятотора и управляет средним значением количества шариков. На опорный вход дискриминатора 14 подается сигнал с генератора НЧ 15 (1-10 Гц ), он же подается на второй вход регулято-ра тока электромагнита 7, вызывая из 1- менение количества шариковоказывающих упрочняющее воздействие относительно его среднего значения. Эти изменения вызывают изменение ин тенсивности упрочняющего воздействия, а соответственно, и изменение сигналов АЭ на выходе блока 9. С выхода этого блока сигнал поступает на вход дискриминатора 14,выходное напряжение которого изменяетсреднее значение количества шариков путем изменения тока регулятора таким образом, чтобы уменьшался сигнал на выходе дискриминатора 14. Устойчи 114692вым положением системы является по" ложение вблизи максимума интенсивностиСигнал интенсивности АЭ поступает также на блок 6, где интегрируется, преобразуется в число импульсов, пропорциональное интегралу интенсивности по времени преобразователем 19. Эти импульсы подсчитываются счетчиком 20, При достижениичислом импульсов заданного значенияна выходе блока 16 появляется команда выключения ультразвукового генератора 18.1146921 фаей.2, июви Составитель,В,ВлодавскТехред И.Асталою Корректор И.Муск одписное 13 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Редактор О.ЮркЗаказ 7043/4 Тираж 768 Государственно делам изобретен , Москва, Ж,о комитета СССРий и открытий Раушская наб , д 4