Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки зубчатого колеса

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МАГНИТНОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Акулович Леонид Михайлович Сергеев Леонид Ефимович Агейчик Валерий Александрович Ермаков Николай Иванович Ворошухо Олег Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки зубчатого колеса, содержащее механизм вращения обрабатываемого зубчатого колеса, разомкнутую электромагнитную систему с расположенными горизонтально полюсными наконечниками,выполненными с возможностью охвата обрабатываемого зубчатого колеса, и механизм создания колебаний электромагнитной системы с приводом, причем полюсные наконечники снабжены направляющими пластинами, установленными подвижно относительно полюсных наконечников посредством фиксирующих пальцев, при этом к полюсным наконечникам с помощью выполненных из диамагнитных материалов вертикальных стоек и горизонтальных планок присоединены с возможностью вращения и зацепления с обрабатываемым зубчатым колесом верхняя и нижняя зубчатые шестерни, выполненные из диамагнитного упругого материала, например резины, отличающееся тем, что на каждом 18574 1 2014.08.30 полюсном наконечнике с тыльной стороны направляющей пластины установлена ультразвуковая установка, включающая генератор электрического напряжения, пьезоэлектрический преобразователь и концентратор колебаний, присоединенный непосредственно к тыльной стороне направляющей пластины для выполнения ею функции волновода, при этом направляющая пластина выполнена из титанового сплава с толщиной стенки 2-3 мм и установлена относительно фиксирующих пальцев с зазором 1-2 мм. Изобретение относится к чистовой обработке изделий ферро-абразивным порошком в ультразвуковом и магнитном полях и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при обработке зубчатых колес. Известно 1, 2 применение ультразвука для интенсификации технологических процессов получения порошковых композиций и покрытия ими различных поверхностей, а также магнитно-абразивной обработки поверхностей. Известно 3 устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки зубчатого колеса, содержащее механизм вращения обрабатываемого зубчатого колеса, разомкнутую электромагнитную систему с расположенными горизонтально охватывающими зубчатое колесо полюсными наконечниками и механизм создания колебаний электромагнитной системы с приводом, причем полюсные наконечники снабжены направляющими пластинами, установленными подвижно относительно полюсных наконечников посредством фиксирующих пальцев, при этом к полюсным наконечникам с помощью выполненных из диамагнитных материалов вертикальных стоек и горизонтальных планок присоединены с возможностью вращения и установленные по вертикали сверху и снизу зубчатого колеса входящие с ним в зацепление выполненные из диамагнитного упругого материала, например резины, верхняя и нижняя зубчатые шестерни, причем механизм их крепления к полюсным наконечникам выполнен с возможностью изменения положения осей зубчатых шестерен по вертикали относительно параллельной им и находящейся с ними в одной плоскости оси вращения обрабатываемого зубчатого колеса. Такое устройство устройство не позволяет добиться высокой степени осцилляции,обеспечивающей обновление и переориентацию ферро-абразивного порошка, постоянное изменение углов резания и замену режущих кромок частиц ферро-абразивного порошка по мере их износа. Это снижает эффективность применения магнитно-абразивной обработки металлов и увеличивает расход дорогостоящего ферро-абразивного порошка при выполнении технологического процесса, снижает производительность, а также качество очистки и полирования поверхности прутков от окисных пленок и слоев окалины. Задачей, которую решает изобретение, является повышение качества и производительности магнитно-абразивной обработки цилиндрических деталей с прерывистой поверхностью, а именно рабочих поверхностей зубчатых колес. Поставленная задача решается с помощью устройства для ультразвуковой магнитноабразивной обработки зубчатых колес, содержащего механизм вращения обрабатываемого зубчатого колеса, разомкнутую электромагнитную систему с расположенными горизонтально охватывающими зубчатое колесо полюсными наконечниками и механизм создания колебаний электромагнитной системы с приводом, причем полюсные наконечники снабжены направляющими пластинами, установленными подвижно относительно полюсных наконечников посредством фиксирующих пальцев, при этом к полюсным наконечникам с помощью выполненных из диамагнитных материалов вертикальных стоек и горизонтальных планок присоединены с возможностью вращения и установленные по вертикали сверху и снизу зубчатого колеса входящие с ним в зацепление выполненные из диамагнитного упругого материала, например резины, верхняя и нижняя зубчатые шестерни,причем механизм их крепления к полюсным наконечникам выполнен с возможностью изменения положения осей зубчатых шестерен по вертикали относительно параллельной им и находящейся с ними в одной плоскости оси вращения обрабатываемого зубчатого коле 2 18574 1 2014.08.30 са, где на каждом полюсном наконечнике с тыльной стороны направляющей пластины установлена ультразвуковая установка, включающая генератор электрического напряжения,пьезоэлектрический преобразователь и концентратор колебаний, причем концентратор колебаний присоединен непосредственно к тыльной стороне направляющей пластины,которая выполнена из титанового сплава толщиной стенки 23 мм и выполняет также функции волновода, при этом направляющая пластина установлена относительно фиксирующих пальцев с зазором 12 мм. На фиг. 1 изображен общий вид устройства без ультразвуковых установок на фиг. 2 изображен вид спереди А на фиг. 1 с ультразвуковыми установками. Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки зубчатого колеса включает механизм вращения 1 обрабатываемого зубчатого колеса, разомкнутую электромагнитную систему 2 с полюсными наконечниками 3 и механизм создания колебаний электромагнитной системы с приводом 4. Полюсные наконечники 3 электромагнитной системы 2 снабжены направляющими пластинами 5, установленными подвижно относительно полюсных наконечников 3 посредством болтовых соединений 6 с зазором 12 мм относительно фиксирующих пальцев. Между полюсными наконечниками 3 устанавливается обрабатываемое зубчатое колесо 7. К полюсным наконечникам 3 с помощью прикрепленных к ним винтами (на фигурах не показаны) выполненных из диамагнитных материалов вертикальных стоек 8 с пазами и присоединенных к ним с помощью выполненных из диамагнитных материалов болтовых соединений 9 горизонтальных планок 10 присоединены с возможностью вращения и установленные по вертикали сверху и снизу зубчатого колеса 7 входящие с ним в зацепление выполненные из диамагнитного упругого материала, например резины, верхняя 11 и нижняя 12 зубчатые шестерни, причем механизм их крепления к полюсным наконечникам с помощью пазов вертикальных стоек 8 позволяет осуществлять изменение положения осей зубчатых шестерен 11 и 12 по вертикали относительно параллельной им и находящейся с ними в одной плоскости оси вращения зубчатого колеса 7. На каждом полюсном наконечнике с тыльной стороны направляющей пластины 5 установлена ультразвуковая установка, включающая генератор электрического напряжения 13, соединенный проводами 14 с пьезоэлектрическим преобразователем 15,и концентратор колебаний 16, причем концентратор колебаний 16 присоединен непосредственно к тыльной, противоположной зубчатому колесу 7, стороне направляющей пластины 5, которая выполнена из титанового сплава толщиной стенки 23 мм и выполняет также функции волновода. Устройство работает следующим образом. Механизм вращения 1 обрабатываемого зубчатого колеса 7 приводит его в движение и при помощи механизма создания колебаний электромагнитной системы 4 наконечники 3 совершают возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения зубчатого колеса 7. При помощи болтового соединения 6 направляющие пластины 5 закрепляются на полюсных наконечниках 3 на необходимом расстоянии от обрабатываемого зубчатого колеса 7 под углом к его наружной поверхности, образуя клин между обрабатываемой деталью 7 и направляющими пластинами 5. Верхняя 11 и нижняя 12 зубчатые шестерни с помощью болтовых соединений 9 устанавливаются с небольшими межосевыми зазорами с находящимся с ними в зацеплении зубчатым колесом 7. В процессе прохождения магнитного потока через зубчатое колесо 7 посредством разомкнутой электромагнитной системы 2 через наконечники 3 обрабатываемое зубчатое колесо 7 намагничивается, и при подаче на ее прерывистую поверхность ферро-абразивного порошка на ней образуется ферро-абразивная щетка, которая при помощи направляющих пластин 5 и относительного вращения зубчатого колеса 7 концентрируется в зазоре между рабочими поверхностями полюсных наконечников 3 и прерывистой поверхностью обрабатываемого зубчатого колеса 7 с уплотнением. За счет того, что магнитное поле удерживает уплотненный ферро-абразивный порошок в зазоре между рабочими поверхностями полюсных наконечников 3 и прерыви 3 18574 1 2014.08.30 стой поверхностью обрабатываемого зубчатого колеса 7 и возвратно-поступательного движения полюсных наконечников 3 при помощи механизма создания колебаний разомкнутой электромагнитной системы 4 вдоль оси вращения обрабатываемого зубчатого колеса 7, происходит процесс микрорезания прерывистой поверхности зубчатого колеса 7. Установленные по вертикали сверху и снизу зубчатого колеса 7 входящие с ним в зацепление выполненные из диамагнитного упругого материала, например резины, верхняя 11 и нижняя 12 зубчатые шестерни оказывают, в том числе и за счет осциллирующего воздействия своих упругих зубьев, во время своего вынужденного вращения и осевого перемещения вместе с колеблющейся электромагнитной системой, дополнительное интенсивное обрабатывающее воздействие на поверхности зубьев зубчатого колеса 7, повышая качество и производительность магнитно-абразивной обработки. Зубья выполненных из диамагнитного упругого материала, например из резины, зубчатых шестерен вовлекает расположенный в межзубовом пространстве детали ферро-абразивный порошок в технологический процесс обработки, интенсифицируя его. Одновременно осуществляется с помощью ультразвуковых установок через выполняющие функции также волноводов направляющие пластины 5 воздействие на рабочие зоны с ферро-абразивным порошком и обрабатываемые поверхности зубчатого колеса 7 ультразвуковых полей, которые разрушают загрязненную поверхность и окисную пленку на поверхности зубчатого колеса 7 и активизируют осциллирующее движение частиц ферро-абразивного порошка. Это обеспечивает повышение производительности и качества очистки и полирования зубчатого колеса 7 от окисных пленок и слоев окалины вследствие высокой степени осцилляции, постоянного изменения углов резания и замены режущих кромок частиц ферро-абразивного порошка по мере их износа за счет колебания порции ферро-абразивного порошка во время вращения зубчатого колеса 7 и воздействия ультразвука, а также дополнительного динамического воздействия частиц ферро-абразивного порошка на обрабатываемую поверхность зубчатого колеса 7 в ультразвуковом поле. Источники информации 1. Старобинец И.М. Применение ультразвука в технологии нанесения полимерных порошковых покрытий. ЛДНТП, 1981. - С. 14-21. 2. Киселев М.Г., Минченя В.Т., Ибрагимов В.А. Ультразвук в поверхностной обработке материалов. - Минск Тесей, 2001. - С. 343. 3. Патент Республики Беларусь на изобретение 14667 1, МПК 24 31/03, 2011. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4