Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки прутка

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МАГНИТНОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПРУТКА(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, содержащее электромагнитную систему с двумя парами полюсных наконечников, снабженных вращающим приводным механизмом, связанных 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, причем 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 79942012.02.28 прутка торцевыми краями, отличающееся тем, что напротив каждой пары полюсных наконечников с противоположной обрабатываемой ею поверхности прутка стороны установлена ультразвуковая установка, включающая генератор электрического напряжения,пьезоэлектрический преобразователь, концентратор колебаний и волновод, причем каждый выполненный из титанового сплава в виде половины полого цилиндра толщиной стенки 23 мм, отделенной проходящим через ось симметрии полого цилиндра сечением,волновод расположен концентрично от поверхности прутка, охватывая ее с зазором 12 мм, симметрично проходящей через ось прутка вертикальной плоскости и симметрично перпендикулярной оси прутка плоскости, проходящей через ось вращения ближайшего оппозитно оси прутка волноводу расположенного шкива открытой ременной передачи, при этом внутренний радиус волновода с центром на оси прутка равен/2, а расположенные параллельно оси прутка боковые стороны каждого волновода равны в(2,02,2), где- диаметр прутка.(56) 1. Старобинец И Применение ультразвука в технологии нанесения полимерных порошковых покрытий. - ЛДНТП, 1981. - С. 14-21. 2. Киселев .Г., Минченя В.Т., Ибрагимов В.А. Ультразвук в поверхностной обработке материалов. - Минск Тесей, 2001. - С. 343. 3. Патент на полезную модель РБ 5720 , 2009. Полезная модель относится к абразивной обработке длинномерных изделий и может быть использована 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, связанных 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 выполне 2 79942012.02.28 нии технологического процесса, снижает производительность, а также качество очистки и полирования поверхности прутков от окисных пленок и слоев окалины. Задача, которую решает полезная модель, заключается в повышении производительности и качества очистки и полирования прутка от окисных пленок и слоев окалины. Поставленная задача решается с помощью устройства для магнитно-абразивной обработки прутка, содержащего электромагнитную систему с двумя парами полюсных наконечников, снабженных вращающим приводным механизмом, связанных 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, причем 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, где напротив каждой пары полюсных наконечников с противоположной обрабатываемой ею поверхности прутка стороны установлена ультразвуковая установка, включающая генератор электрического напряжения,пьезоэлектрический преобразователь, концентратор колебаний и волновод, причем каждый выполненный из титанового сплава в виде половины полого цилиндра толщиной стенки 23 мм, отделенной проходящим через ось симметрии полого цилиндра сечением,волновод расположен концентрично от поверхности прутка, охватывая ее с зазором 12 мм, симметрично проходящей через ось прутка вертикальной плоскости и симметрично перпендикулярной оси прутка плоскости, проходящей через ось вращения ближайшего оппозитно оси прутка волноводу расположенного шкива открытой ременной передачи, при этом внутренний радиус волновода с центром на оси прутка равен/2, а расположенные параллельно оси прутка боковые стороны каждого волновода равны в(2,02,2), где- диаметр прутка. Техническим результатом при использовании полезной модели 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, вид сбоку на фиг. 2 - сечение - на фиг. 1 на фиг. 3 - сечение - на фиг. 2. Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки прутка содержит электромагнитную систему, включающую в себя магнитопровод, установленный, например, на станине станка (на фиг. не показаны), верхнюю 1 и нижнюю 2 пары полюсных наконечников. На магнитопроводе закреплены магнитные катушки, соединенные с источником постоянного тока, и установлены подшипники (на фиг. 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 эксцентриситетапротивоположного 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 3 79942012.02.28 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 резьбой с заостренными со стороны прутка 7 торцевыми краями. Пары полюсных наконечников 1 и 2 снабжены вращающимся приводным механизмом, обеспечивающим передачу крутящего момента от электродвигателя (на фиг. 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 фиг. 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 23 мм, отделенной от другой половины проходящим через ось симметрии полого цилиндра сечением, волновод 19 расположен концентрично от поверхности прутка 7, охватывая ее с зазором 12 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 1 на фиг. 2) на оси прутка 7 равен/2,расположенные параллельно оси прутка 7 боковые стороны каждого волновода 19 равны в(2,02,2), 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 4 79942012.02.28 обеспечиваются 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 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. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5