Технологическая оснастка для установки ионно-лучевой обработки деталей

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ УСТАНОВКИ ИОННОЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Белый Алексей Владимирович Биленко Эдуард Григорьевич Колесникова Алла Алексеевна Карпович Анна Николаевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Технологическая оснастка для установки ионно-лучевой обработки деталей от источника с предварительным нагревом от нагревателя деталей, содержащая формирующий держатель деталей опоры и привод перемещения деталей, отличающаяся тем, что формирующий держатель деталей выполнен по вертикальной схеме кинематики и смонтирован между верхней подвесной направляющей и нижней опорно-приводной направляющей, причем привод перемещения формирующего держателя деталей относительно нагревателя и ионно-лучевой источника выполнен в виде зубчато-реечного редуктора,зубчатая рейка которого смонтирована в опорных направляющих, смонтированных соответственно на двух нижних опорах, при этом вертикальный формирующий держатель деталей закреплен непосредственно на зубчатой рейке, а верхняя направляющая держателя деталей кинематически через позиционирующий ролик связана с верхней опорой формирующего держателя деталей. Полезная модель относится к оборудованию для вакуумной обработки деталей или заготовок листовой или полосовой формы деталей с одновременным осаждением на поверхность обрабатываемой детали покрытий и может быть использована для модификации поверхности обрабатываемой детали. Известно устройство для сильноточной низкоэнергетической ионно-лучевой обработки металлических изделий, включающее вакуумную камеру, ионно-лучевой источник и устройство технологической оснастки крепления обрабатываемых изделий, снабженное полупроводниковым переключателем 1. Известная установка обеспечивает возможность обработки дискретных изделий с возможностью повышения прочности обрабатываемого изделия, а следовательно, и увеличения срока службы изделия. Недостаток проявляется в ограничении технологических возможностей работы технологической оснастки в вакуумных камерах различной конфигурации и малой площади обрабатываемой поверхности. Наиболее близкой по технической сущности является технологическая оснастка установки для ионно-лучевой обработки деталей, содержащая лазер, формирующий объектив,вакуумную камеру и расположенные внутри нее ионно-лучевой источник, держатель мишени и держатель деталей. Установка содержит устройство позиционирования держателя деталей относительно держателя мишени, при этом держатель деталей выполнен в виде дискретно-поворотной карусели 2. Выполнение держателя деталей в виде поворотной карусели обеспечивает обработку партии деталей в едином технологическом цикле без разгерметизации и откачки до рабочего давления вакуумной камеры при смене обрабатываемых деталей. Количество обрабатываемых деталей ограничивается лишь размерами вакуумной камеры. Это позволяет максимально эффективно использовать рабочий объем вакуумной камеры, увеличить производительность и уменьшить энергопотребление процесса обработки деталей. Использование устройства позиционирования обеспечивает точную установку обрабатываемого комплекта деталей в зоне формирования лазерного эрозионного факела, а также визуальный контроль развития лазерного эрозионного кратера, что позволяет существенно повысить качество обработки деталей и высокую повторяемость результатов обработки от комплекта деталей к комплекту. Недостатком известной технологической оснастки является ограничение технологических возможностей путем работы с деталями развитой формы, что делает невозможной обработку деталей в вакуумных камерах различной конфигурации и размеров (овальная,цилиндрическая, призматическая, кубическая и т.д.). Полезная модель решает задачу расширения технологических возможностей путем применения технологического узла в вакуумных камерах различной конфигурации и размеров (овальная, цилиндрическая, многогранная, призматическая, кубическая, параллелепипедообразная и т.п.) и для обработки протяженных деталей плоской формы и толщиной 0,5-10 мм. Достижение указанной задачи обеспечивается тем, что в технологической оснастке для установки ионно-лучевой обработки деталей от источника с предварительным нагревом от нагревателя деталей, содержащей формирующий держатель деталей опоры и привод перемещения деталей, согласно полезной модели, формирующий держатель деталей выполнен по вертикальной схеме кинематики и смонтирован между верхней подвесной 2 91122013.04.30 направляющей и нижней опорно-приводной направляющей, причем привод перемещения формирующего держателя деталей относительно нагревателя и ионно-лучевого источника выполнен в виде зубчато-реечного редуктора, зубчатая рейка которого смонтирована в опорных направляющих, смонтированных соответственно на двух нижних опорах, при этом вертикальный формирующий держатель деталей закреплен непосредственно на зубчатой рейке, а верхняя направляющая держателя деталей кинематически через позиционирующий ролик связана с верхней опорой формирующего держателя деталей. Технический результат объекта промышленной собственности реализован путем универсализации и применения технологического узла в вакуумных камерах различной конфигурации и размеров для обработки поверхности заготовок и изделий больших площадей листовой и полосовой формы с одной и/или с обеих сторон. Для лучшего понимания объект промышленной собственности поясняется чертежом,где фиг. 1 - общий вид кинематической схемы технологической оснастки для ионнолучевой обработки деталей фиг. 2 - вид сбоку узла технологической оснастки вакуумной камеры. Технологическая оснастка размещена в вакуумной камере 1 для ионно-лучевой обработки от источника 2 с предварительным нагревом от нагревателя 3 деталей 4. Привод перемещения деталей 4 относительно нагревателя 3 и источника 2 для ионнолучевой обработки выполнен в виде зубчато-реечного редуктора 5, зубчатая рейка 6 которого смонтирована в направляющих 7, 8, преимущественно скольжения, смонтированных соответственно на двух нижних опорах 9, 10. На зубчатой рейке 6 закреплен вертикальный формирующий держатель 11 деталей 4. Верхняя направляющая 12, преимущественно, трения качения держателя 11 деталей 4 кинематически через позиционирующий ролик 13 связана с верхней опорой 14 формирующего держателя 11 деталей 4. Установка работает следующим образом. Подготовленные к обработке пластины или полосовые детали устанавливают вдоль оси ионного источника и фиксируют прихватами 15 для крепления изделий к держателю деталей 11, заготовок или деталей 4. Включают ионно-лучевой источник 2, и в зависимости от величины подаваемого напряжения и количества рабочего газа могут реализовываться режим высоковольтного разряда, при котором возможна генерация сфокусированного электронного пучка, или режим тлеющего разряда, при котором возможно получение значительного количества ионов. Включают привод 16 зубчато-реечного редуктора 5 в режим переменного вращения(зубчатое колесо совершает повороты в одну и другую сторону с углом поворота до 90 и приводит в движение рейку зубчатую, которая смещается относительно своего центра на расстояние 50 мм в обе стороны, тем самым позволяя обрабатывать детали шириной до 100 мм) и воздействием источника 2 осуществляют ионно-лучевую бомбардировку обрабатываемой поверхности деталей 4. Вакуумную камеру 1 откачивают до рабочего давления 10-2 Па, затем к ионному источнику 2 прикладывают рабочее напряжение. Ионы из источника 2 бомбардируют расположенную на вертикальном формирующем держателе деталь 4 (деталь может сама являться держателем), разогревая ее поверхность до рабочей температуры 400 С. В качестве обрабатываемых деталей в ФТИ НАНБ использовались детали из штамповой стали Х 12 ВМ с линейными размерами 20026 мм, толщиной 2,0 мм. Детали предназначены для изготовления ножей для дробления зерна. Всего было обработано 20 шт. После обработки в течение 2 ч микротвердость поверхности возросла с 6000 МПа (по прототипу) до 12000 МПа (в 2 раза). Толщина упрочненной зоны составила 25-30 мкм, при этом твердость основы не изменилась. При обработке аналогичной партии при помощи 91122013.04.30 известного устройства такой же уровень физико-механических характеристик был достигнут при температуре обработки 700-750 С. По окончании обработки помещенных в камеру деталей производят разгерметизацию вакуумной камеры, снимают обработанные детали с держателя и устанавливают следующие комплекты деталей на ионно-лучевую обработку. Цикл обработки повторяется. Таким образом, новый конструктив технологической оснастки для ионно-лучевой обработки, формирующий держатель деталей которого выполнен по вертикальной схеме кинематики и смонтирован между верхней подвесной направляющей качения и нижней опорно-приводной направляющей скольжения, реализуют расширение технологических возможностей путем работы в вакуумных камерах цилиндрической, многогранной и параллелепипедообразной конфигурации. Применение в новом конструктиве технологической оснастки направляющих разного рода, а именно нижней направляющей - в виде опоры скольжения, а верхней в виде опоры качения позволяет осуществлять прецизионную технологию упрочняющей обработки, например, в виде текстурированной полосчатой структуры или в виде растровой структуры. Растровые структуры предъявляют жесткие показатели размерной точности к ширине полос и шагу. Соответственно и объекты обработки - заготовки или полуфабрикаты деталей, могут иметь форму, сформированную из плиты, полосы, ленты или листа. Одновременная или дискретная обработка двухсторонней или односторонней поверхности детали обеспечивает рост производительности технологии и установки, расширяет технологические возможности и снижение эксплуатационных расходов за счет эффективного использования рабочего объема вакуумной камеры. Это позволяет использовать заявляемую установку для ионно-лучевой обработки больших площадей листовых и полосовых изделий и деталей в производственных условиях. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4