Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки вращающегося шевронного зубчатого колеса

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ШЕВРОННОГО 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 Ефимов Андрей Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Устройство для ультразвуковой магнитно-абразивной обработки вращающегося шевронного зубчатого колеса, содержащее разомкнутую электромагнитную систему с полюсными наконечниками, при этом каждый полюсный наконечник расположен горизонтально с возможностью охвата обода шевронного зубчатого колеса и с концентричной относительно него эквидистантной поверхностью, а также снабжен направляющей пластиной,установленной подвижно относительно него посредством фиксирующих пальцев, причем каждый полюсный наконечник на эквидистантной поверхности имеет на конце, противоположном направляющей пластине, левый и правый концентраторы магнитного потока в виде выступов, при этом левый и правый концентраторы магнитного потока пересекаются 82822012.06.30 под углом, равным углу наклона друг к другу зубьев обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, и расположены по всей ширине на эквидистантной поверхности полюсного наконечника симметрично его вертикальной плоскости симметрии, высота выступа составляет 2 мм, а его ширина у основания равна нормальному модулю обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, причем вершина угла, образованного пересекающимися левым и правым концентраторами магнитного потока, направлена против направления вращения обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, отличающееся тем, что 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 с толщиной стенки 2-3 мм и выполняет также функции волновода, при этом направляющая пластина установлена относительно фиксирующих пальцев с зазором 1-2 мм.(56) 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 на полезную модель Республики Беларусь 6316 , МПК 24 31/00, 2010(прототип). Полезная модель относится к чистовой обработке изделий ферроабразивным порошком в ультразвуковом и магнитном полях и может быть использована в различных отраслях машиностроения при обработке шевронных 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 магнитно-абразивной обработки вращающегося шевронного зубчатого колеса, содержащее разомкнутую электромагнитную систему с полюсными наконечниками, при этом каждый полюсный наконечник расположен горизонтально с возможностью охвата обода шевронного зубчатого колеса и с концентричной относительно его эквидистантной поверхностью, а также снабжен направляющей пластиной, установленной подвижно относительно него посредством фиксирующих пальцев, причем каждый полюсный наконечник на эквидистантной поверхности имеет на конце, противоположном направляющей пластине, левый и правый концентраторы магнитного потока в виде выступов, при этом левый и правый концентраторы магнитного потока пересекаются под углом, равным углу наклона друг к другу зубьев обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, и расположены по всей ширине на эквидистантной поверхности полюсного наконечника симметрично его вертикальной плоскости симметрии, высота выступа составляет 2 мм, а его ширина у основания равна нормальному модулю обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, причем вершина угла, образованного пересекающимися левым и правым концентраторами магнитного потока, направлена против направления вращения обрабатываемого шевронного зубчатого колеса. Такое 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 метал 2 82822012.06.30 лов 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. Задачей, которую решает полезная модель, является повышение качества и производительности магнитно-абразивной обработки цилиндрических деталей с прерывистой поверхностью, а именно рабочих поверхностей шевронных зубчатых колес. Поставленная задача решается с помощью устройства для ультразвуковой магнитноабразивной обработки вращающегося шевронного зубчатого колеса, содержащего разомкнутую электромагнитную систему с полюсными наконечниками, при этом каждый полюсный наконечник расположен горизонтально с возможностью охвата обода шевронного зубчатого колеса и с концентричной относительно него эквидистантной поверхностью, а также снабжен направляющей пластиной, установленной подвижно относительно него посредством фиксирующих пальцев, причем каждый полюсный наконечник на эквидистантной поверхности имеет на конце, противоположном направляющей пластине, левый и правый концентраторы магнитного потока в виде выступов, при этом левый и правый концентраторы магнитного потока пересекаются под углом, равным углу наклона друг к другу зубьев обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, и расположены по всей ширине на эквидистантной поверхности полюсного наконечника симметрично его вертикальной плоскости симметрии, высота выступа составляет 2 мм, а его ширина у основания равна нормальному модулю обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, причем вершина угла, образованного пересекающимися левым и правым концентраторами магнитного потока, направлена против направления вращения обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, 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 с толщиной стенки 2-3 мм и выполняет также функции волновода, при этом направляющая пластина установлена относительно фиксирующих пальцев с зазором 1-2 мм. На фиг. 1 изображен общий вид устройства на фиг. 2 изображен разрез - на фиг. 1 на фиг. 3 изображен видна фиг. 1 на фиг. 4 изображен разрез - на фиг. 2. Устройство для магнитно-абразивной обработки вращающегося шевронного зубчатого колеса включает механизм вращения обрабатываемой детали в виде шевронного зубчатого колеса 1 (направление вращения показано на фиг. 1 стрелкой), механизм создания вдоль оси вращения детали 1 колебаний электромагнитной системы, разомкнутую электромагнитную систему (на фигуре не показаны) с полюсными наконечниками. Полюсные наконечники 2 электромагнитной системы снабжены направляющими пластинами 3, установленными подвижно относительно полюсных наконечников 2 посредством болтовых соединений 4 с зазором 1-2 мм относительно фиксирующих пальцев. Между полюсными наконечниками 2 устанавливается обрабатываемая деталь 1. Каждый полюсный наконечник 2 имеет на конце охватывающей обод шевронного зубчатого колеса 1 концентричной эквидистантной рабочей поверхности, противоположном своей направляющей пластине 3, пересекающиеся под углом 1, равным углу 2 наклона друг к другу симметрично расположенных относительно перпендикулярной оси обрабатываемого шевронного зубчатого колеса 1 плоскости его симметрии зубьев обрабатываемого шевронного зубчатого колеса 1, расположенные по всей ширине на концентричной эквидистантной рабочей поверхности полюсного наконечника симметрично его вертикальной плоскости симметрии и пересекающиеся на ней левый 5 и правый 6 концентраторы магнитного потока в виде выступов высотой 2 мм и шириной у основания, равной нормальному модулюобрабатываемого шевронного зубчатого колеса 1. Вершина образованного пересекающимися левым 5 и правым 6 концентраторами магнитного потока в 3 82822012.06.30 виде выступов угла 1 направлена против направления вращения обрабатываемого шевронного зубчатого колеса 1, которое устанавливается на устройство таким образом, что вершины его образованных пересекающимися зубьями углов 2, равных 1, направлены против направления вращения обрабатываемого шевронного зубчатого колеса 1. На каждом полюсном наконечнике с тыльной стороны направляющей пластины 3 установлена ультразвуковая установка, включающая генератор электрического напряжения 7, соединенный проводами 8 с пьезоэлектрическим преобразователем 9, и концентратор колебаний 10, причем концентратор колебаний 10 присоединен непосредственно к тыльной,противоположной зубчатому колесу 1, стороне направляющей пластины 3, которая выполнена из титанового сплава с толщиной стенки 2-3 мм и выполняет также функции волновода. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы обрабатываемая деталь (шевронное зубчатое колесо) 1 устанавливается на устройство таким образом, чтобы зазор между концентрической эквидистантной ободу зубчатого колеса поверхностью полюсного наконечника и деталью 1 составлял 3 мм, а зазор между деталью 1 и левым 5, а также правым 6 концентраторами магнитного потока в виде выступов составлял соответственно 1 мм. При помощи болтового соединения 4 направляющие пластины 3 закрепляются на полюсных наконечниках 2 на необходимом расстоянии от обрабатываемой детали 1 под углом к ее наружной поверхности, образуя клин между обрабатываемой деталью 1 и направляющими пластинами 3. Механизм вращения обрабатываемой детали приводит в движение обрабатываемую деталь 1,и при помощи механизма создания колебаний электромагнитной системы полюсные наконечники 2 совершают возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения детали 1. Зубчатое колесо сверху покрывается ФАП (на фигуре не показано) посредством их намагниченности, который вместе с вращающимся зубчатым колесом 1 поступает в образованную направляющими пластинами 3 клинообразующую область, где происходит наполнение впадин между зубьями порошком посредством вращения детали и уплотняющего воздействия клиновой поверхности направляющих пластин 3. Здесь ФАП плавно и равномерно заполняет впадины между зубьями, не оказывая в этой области существенного обрабатывающего воздействия на поверхность зубьев. Далее полюсные наконечники с помощью ФАП оказывают на поверхность зубьев основное обрабатывающее воздействие,при этом магнитные силы позволяют ФАП в этой области плавно и равномерно перемешиваться, постоянно меняя положение режущих граней частиц порошка, что повышает эффективность и качество обработки. На заключительном этапе обработки за счет наличия пересекающихся под углом 1 левого 5 и правого 6 концентраторов магнитного потока в виде выступов осуществляется интенсивное воздействие ФАП, в том числе на трудно доступные обработке места стыка зубьев шевронного колеса, для обеспечения требуемой величины равномерного съема материала и качества обработки за счет увеличения давления ФАП на данные участки за счет равенства угла наклона друг к другу левого 5 и правого 6 концентраторов магнитного потока в виде выступов 1 углам между пересекающимися зубьями 2 обрабатываемого шевронного зубчатого колеса, а также направленности угла 1 против направления вращения обрабатываемого шевронного зубчатого колеса 1,установленного на устройство таким образом, что вершины его образованных пересекающимися зубьями углов 2, равных 1, направлены против направления вращения обрабатываемого шевронного зубчатого колеса 1. Одновременно осуществляется с помощью ультразвуковых установок через выполняющие функции также волноводов направляющие пластины 3 воздействие на рабочие зоны с ферроабразивным порошком и обрабатываемые поверхности зубчатого колеса 1 ультразвуковых полей, которые разрушают загрязненную поверхность и окисную пленку на поверхности зубчатого колеса 1 и активизируют осциллирующее движение частиц ферроабразивного порошка. Это обеспечивает повышение производительности и качества очистки и полирования зубчатого колеса 1 4 82822012.06.30 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 зубчатого колеса 1 и воздействия ультразвука, а также дополнительного динамического воздействия частиц ферроабразивного порошка на обрабатываемую поверхность зубчатого колеса 1 в ультразвуковом поле. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5