Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки прутка фиксированного диаметра

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МАГНИТНОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПРУТКА ФИКСИРОВАННОГО ДИАМЕТРА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Акулович Леонид Михайлович Сергеев Леонид Ефимович Агейчик Валерий Александрович Ермаков Николай Иванович Ефимов Андрей Михайлович Линник Александр Владимирович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки прутка фиксированного диаметра , содержащее первую и вторую пары установленных друг напротив друга и кинематически связанных друг с другом намагничиваемых полюсных наконечников с заданным наружным диаметром , соединенные с вращающим приводным механизмом и связанные друг с другом открытой ременной передачей, две ультразвуковые установки,каждая из которых соответствует одной из указанных пар наконечников и содержит генератор электрического напряжения, пьезоэлектрический преобразователь, концентратор колебаний и волновод из титанового сплава, выполненный в виде половины полого цилиндра, отделенной от него проходящим через ось его симметрии продольным сечением, с толщиной стенки от 2 до 3 мм, внутренним радиусом, равным /2, и длиной образующей, Фиг. 1 17663 1 2013.10.30 лежащей в диапазоне от 2 до 2,2, а также механизм продольной подачи обрабатываемого прутка в две кольцевые рабочие зоны устройства с магнитным абразивным порошком,каждая из которых образована соответствующей парой обращенных друг к другу указанных полюсных наконечников, каждый из которых выполнен в виде цилиндрической трубы с наружной и внутренней ходовой резьбой, на которой установлены соответственно наружное с внутренней резьбой и внутреннее с наружной резьбой кольца с заостренными со стороны рабочей зоны торцевыми краями, причем первая и вторая указанные пары смещены относительно друг друга вдоль оси, совпадающей при работе устройства с продольной горизонтальной осью симметрии прутка, на величину, лежащую в интервале от 0,2 до , и установлены по разные стороны от нее для возможности обработки соответственно верхней и нижней зоны прутка, полюсные наконечники в каждой паре установлены на общей оси вращения с противоположным смещением их собственных осей симметрии относительно этой оси, а каждый из волноводов установлен напротив своей пары полюсных наконечников и симметрично расположен как относительно вертикальной плоскости,проходящей через ось, совпадающую с осью прутка, так и относительно перпендикулярной ей плоскости, проходящей через ось вращения указанной пары наконечников, для возможности концентрического охвата волноводом прутка, помещаемого между ним и указанной парой, с зазором от 1 до 2 мм. Изобретение относится к абразивной обработке длинномерных изделий и может быть использовано во всех отраслях промышленности, в частности для очистки и полирования прутка от окисных пленок и слоев окалины. 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 магнитно-абразивной обработки прутков, содержащее электромагнитную систему с двумя парами полюсных наконечников, снабженных вращающим приводным механизмом, связанны между собой открытой ременной передачей и образующих две кольцевые рабочие зоны, при этом одна из пар установлена оппозитно другой паре со смещением относительно нее вдоль продольной оси обрабатываемого прутка на расстояние(0,2-1,0), где- наружный диаметр полюсных наконечников, а полюсные наконечники в каждой паре кинематически связаны друг с другом и установлены оппозитно друг другу на одной оси вращения с эксцентриситетом противоположного знака относительно данной оси с возможностью вращения, а также механизм продольной подачи прутка в рабочие зоны, где каждый полюсный наконечник выполнен в виде цилиндрической трубы с наружной и внутренней резьбой, на которой установлены с возможностью осевых перемещений за счет вращения по резьбам наружное с внутренней резьбой и внутреннее с наружной резьбой кольца с заостренными со стороны прутка торцевыми краями. Такое устройство не позволяет производить высокопроизводительную и качественную равномерную очистку и полирование средних и малых размеров прутков от окисных пленок и слоев окалины, так как при высокой степени охвата поверхности прутков ферроабразивным порошком устройство не позволяет добиться высокой степени осцилляции,обеспечивающей обновление и переориентацию ферроабразивного порошка, постоянное изменение углов резания и замену режущих кромок частиц ферроабразивного порошка по мере их износа. Это снижает эффективность применения магнитно-абразивной обработки металлов и увеличивает расход дорогостоящего ферроабразивного порошка при выполнении технологического процесса, снижает производительность, а также качество очистки и полирования поверхности прутков от окисных пленок и слоев окалины. Задача, которую решает изобретение, заключается в повышении производительности и качества очистки и полирования прутка от окисных пленок и слоев окалины. 2 17663 1 2013.10.30 Поставленная задача решается с помощью устройства для ультразвуковой магнитноабразивной обработки прутка фиксированного диаметра , содержащего первую и вторую пары установленных друг напротив друга и кинематически связанных друг с другом намагничиваемых полюсных наконечников с заданным наружным диаметром , соединенные с вращающим приводным механизмом и связанные друг с другом открытой ременной передачей, две ультразвуковые установки, каждая из которых соответствует одной из указанных пар наконечников и содержит генератор электрического напряжения, пьезоэлектрический преобразователь, концентратор колебаний и волновод из титанового сплава,выполненный в виде половины полого цилиндра, отделенной от него проходящим через ось его симметрии продольным сечением, с толщиной стенки от 2 до 3 мм, внутренним радиусом, равным /2, и длиной образующей, лежащей в диапазоне от 2 до 2,2, а также механизм продольной подачи обрабатываемого прутка в две кольцевые рабочие зоны устройства с магнитным абразивным порошком, каждая из которых образована соответствующей парой обращенных друг к другу указанных полюсных наконечников, каждый из которых выполнен в виде цилиндрической трубы с наружной и внутренней ходовой резьбой, на которой установлены соответственно наружное с внутренней резьбой и внутреннее с наружной резьбой кольца с заостренными со стороны рабочей зоны торцевыми краями, причем первая и вторая указанные пары смещены относительно друг друга вдоль оси, совпадающей при работе устройства с продольной горизонтальной осью симметрии прутка, на величину, лежащую в интервале от 0,2 до , и установлены по разные стороны от нее для возможности обработки соответственно верхней и нижней зоны прутка, полюсные наконечники в каждой паре установлены на общей оси вращения с противоположным смещением их собственных осей симметрии относительно этой оси, а каждый из волноводов установлен напротив своей пары полюсных наконечников и симметрично расположен как относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось, совпадающую с осью прутка, так и относительно перпендикулярной ей плоскости, проходящей через ось вращения указанной пары наконечников, для возможности концентрического охвата волноводом прутка, помещаемого между ним и указанной парой, с зазором от 1 до 2 мм. Техническим результатом при использовании изобретения является повышение производительности и качества очистки и полирования прутков от окисных пленок и слоев окалины вследствие воздействия ультразвукового поля. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для магнитно-абразивной обработки прутка фиксированного диаметра, вид сбоку на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 3 - сечение В-В на фиг. 2. Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки прутка фиксированного диаметра содержит электромагнитную систему, включающую в себя магнитопровод,установленный, например, на станине станка (на фигурах не показаны), верхнюю 1 и нижнюю 2 пары полюсных наконечников. На магнитопроводе закреплены магнитные катушки,соединенные с источником постоянного тока, и установлены подшипники (на фигурах не показаны), на которые опираются валы 3. В каждой паре 1 и 2 полюсные наконечники установлены на валах с возможностью вращения оппозитно друг другу и образуют кольцевую рабочую зону 4. При этом полюсные наконечники в каждой паре 1 и 2 кинематически связаны друг с другом разъемными соединениями 5, выполненными в виде винтов, которыми опорные установочные части полюсных наконечников 6 крепятся к валам 3 таким образом, что имеют общую ось вращения - и смещены относительно ее на величину эксцентриситета е противоположного знака. Пары полюсных наконечников 1 и 2 установлены оппозитно друг другу относительно обрабатываемого прутка 7 со смещением относительно его продольной оси на расстояние(0,2-1,0), где- диаметр полюсных наконечников. На опорной установочной части 6 каждого полюсного наконечника закреплена направленная в сторону прутка 7 цилиндрическая труба 8 с наружной и внутренней резьбой, на которую навинчены с возможностью осевых перемещений за счет вращения по резьбам наружное кольцо 9 с внутренней резьбой и внутреннее кольцо 10 с наружной 3 17663 1 2013.10.30 резьбой с заостренными со стороны прутка 7 торцевыми краями. Пары полюсных наконечников 1 и 2 снабжены вращающим приводным механизмом, обеспечивающим передачу крутящего момента от электродвигателя (на фигурах не показаны), и связаны между собой с помощью равновеликих шкивов 11 открытой ременной передачей 12 с передаточным отношением, равным единице, а механизм продольной подачи прутка в рабочую зону, включающий опорные 13 и приводные 14 ролики, снабжен вариатором (на фигурах не показан). Наружное кольцо 9 с внутренней резьбой и внутреннее кольцо 10 с наружной резьбой с заостренными со стороны прутка 7 торцевыми краями установлены с зазорамиитаким образом, чтобы они наиболее полно обхватывали поверхность прутка 7, но при работе устройства не задевали его. Пространство между заостренными торцевыми краями колец 9 и 10 полюсных наконечников заполнено ферромагнитным абразивным порошком,сконцентрированным под действием магнитного поля в кольцевой рабочей зоне 4. Напротив каждой пары 1 и 2 полюсных наконечников с противоположной обрабатываемой ею поверхности прутка 7 стороны установлена ультразвуковая установка, включающая генератор 15 электрического напряжения, соединенный проводами 16 с пьезоэлектрическим преобразователем 17, концентратор колебаний 18 и волновод 19. Каждый выполненный из титанового сплава в виде половины полого цилиндра толщиной стенки от 2 до 3 мм, отделенной от другой половины проходящим через ось симметрии полого цилиндра сечением,волновод 19 расположен концентрично от поверхности прутка 7, охватывая ее с зазором от 1 до 2 мм симметрично проходящей через ось прутка 7 вертикальной плоскости и симметрично перпендикулярной оси прутка 7 плоскости, проходящей через ось вращения ближайшего оппозитно оси прутка волноводу 19 расположенного шкива 11 открытой ременной передачи 12, при этом внутренний радиус волновода 19 с центром (точка О 1 на фиг. 2) на оси прутка 7 равен/2,расположенные параллельно оси прутка 7 боковые стороны каждого волновода 19 равны в(2,0-2,2), где- диаметр прутка. Устройство работает следующим образом. В электромагнитные катушки подается электрический ток, образуется магнитное поле,и осуществляется намагничивание пар полюсных наконечников 1 и 2. Ферромагнитный абразивный порошок под воздействием магнитного поля уплотняется в зазорахимежду заостренными торцевыми краями колец 9 и 10 пар 1 и 2 полюсных наконечников и образует две кольцевые рабочие зоны 4. Пары 1 и 2 полюсных наконечников через валы 3,шкивы 11, ременную передачу 12 получают движение вращения. Обрабатываемый пруток от вращающихся роликов 14 получает поступательное движение подачи по стрелкеи перемещается между парами 1 и 2 полюсных наконечников таким образом, что его ось симметрии - является касательной к наружным поверхностям кольцевых зон 4, заполненных ферромагнитным абразивным порошком. При установке колец 9 и 10 пар 1 и 2 полюсных наконечников одной оси вращения - каждая пара 1 и 2 обрабатывает свою половину поверхности прутка 7. На границах этих обработанных половин съем металла меньше, чем на других участках поверхности. Для гарантированной обработки всей поверхности и повышения равномерности съема металла полюсные наконечники в каждой паре 1 и 2 смещены от оси вращения - в противоположные стороны, то есть устанавливаются с эксцентриситетом е противоположного знака. В этом случае при вращении пары 1 и 2 полюсных наконечников с радиальным биением в противофазе порошковые частицы как бы совершают колебательное движение по окружности обрабатываемой поверхности. В результате каждая пара 1 и 2 полюсных наконечников обрабатывает не половину, а большую часть поверхности прутка, а обработанные каждой парой 1 и 2 участки поверхности частично перекрывают друг друга, а высокая производительность и качество технологического процесса очистки и полирования прутков от окисных пленок и слоев окалины обеспечивается вследствие более полного обхвата поверхности прутка 7 установленных с зазорамиинаружным 9 и внутренним 10 кольцами полюсных наконечников. Одновременно осуществляется с помощью ультразвуковых установок через охватывающие концентрично пруток 7 волноводы 19 воздействие на рабочие зоны с ферроабразивным 4 17663 1 2013.10.30 порошком, и обрабатываемые поверхности прутка 7 ультразвуковых полей, которые разрушают загрязненную поверхность и окисную пленку на поверхности прутка 7, активизируют осциллирующее движение частиц ферроабразивного порошка. Это обеспечивает повышение производительности и качества очистки и полирования прутка 7 от окисных пленок и слоев окалины вследствие высокой степени осцилляции, постоянного изменения углов резания и замены режущих кромок частиц ферроабразивного порошка по мере их износа за счет колебания порции ферроабразивного порошка во время вращения пар полюсных наконечников 1, 2 и воздействия ультразвука, а также дополнительного динамического воздействия частиц ферроабразивного порошка на обрабатываемую поверхность прутка 7 в ультразвуковом поле. Механизм продольной подачи прутка 7 в рабочую зону, включающий опорные 13 и приводные 14 ролики, за счет изменения передаточного числа вариатора по степени загрязнения устанавливается в такой скоростной режим работы, при котором обеспечивается качественная очистка всей поверхности прутка 7 за один проход. 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. 3.2320437 1, 2008. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5