Устройство для полирования поверхностей изделий

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Глеб Леонид Константинович Мансуров Валерий Анатольевич Городкин Геннадий Рафаилович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для полирования поверхностей изделий, содержащее рабочий инструмент в виде вращающегося колеса, внутри которого находится магнитная система, подающий насос, связанный с форсункой подачи магнитореологической жидкости к рабочему инструменту с помощью электродвигателя, съемник магнитореологической жидкости,систему перемешивания, расположенную в емкости с магнитореологической жидкостью,датчик давления, дозатор и систему управления элементами, связанные системой трубопроводов, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено системой термостатирования и гасителем пульсаций в виде герметичной емкости с каналами, причем рабочий инструмент с расположенной внутри магнитной системой и подающий насос 36222007.06.30 связаны единым приводом вращения емкость с магнитореологической жидкостью совмещена с дополнительно введенной системой термостатирования, представляющей собой теплообменник, установленный вокруг емкости, внутри которой размещен термодатчик, а теплообменник связан с водяным электроклапаном механизм перемешивания выполнен в виде электродвигателя, на валу которого установлена крыльчатка, причем узлы устройства системой трубопроводов связаны между собой в единый блок. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что герметичная емкость гасителя пульсаций представляет собой цилиндрическую часть, переходящую в коническую, причем цилиндрическая часть снабжена крышкой с установленным в ней входным каналом, связанным, по крайней мере, с четырьмя каналами, расположенными под углом 90 друг к другу и имеют наклон 30-40 по отношению к плоскости, перпендикулярной внутренней стенке емкости, а нижний диаметр конической части совпадает с диаметром выходного канала.(56) 1. Патент 6,955,589, МПК В 24 В 49/00, 2005. Предлагаемое техническое решение относится к способам и устройствам для полирования, в частности к устройствам для полирования и точной обработки различных поверхностей с применением магнитореологической жидкости, и может найти применение в оптическом производстве, электронной промышленности, точном машиностроении для получения высокоточных оптических и полупроводниковых деталей сферической, асферической, выпуклой и вогнутой формы, а также плоской поверхности. Кроме того, оно может применяться для придания высокоточной формы полированным изделиям из немагнитных металлов. Ближайшим техническим решением к предлагаемому (прототип) является патент США 1, описывающий схему устройства для полирования поверхностей изделий и схему подачи магнитореологической жидкости к обрабатываемой поверхности. Устройство содержит рабочий инструмент в виде вращающегося колеса, обеспечивающий полирование обрабатываемых поверхностей, внутри которого находится магнитная система. Отдельно выполнена система подачи и рециркуляции магнитореологической жидкости к рабочему инструменту, осуществляемая с помощью подающего насоса от электродвигателя. Магнитореологическая жидкость представляет собой суспензию (взвесь) ферромагнитных частиц в диспергирующей (несущей) среде и полирующих частиц. Со временем частицы суспензии седиментируют (оседают), поэтому осуществляется постоянное их перемешивание с помощью центробежного насоса, совмещенного с емкостью с магнитореологической жидкостью. Часть несущей среды может переноситься на обрабатываемую поверхность и испаряться с нее. Различные системы устройства связаны между собой системой трубопроводов. На рабочий инструмент через выходной канал и форсунку подается магнитореологическая жидкость с постоянным расходом, который обеспечивается центробежным подающим насосом, и с постоянной консистенцией (вязкостью), которая обеспечивается дозатором. Дозатор осуществляет требуемый впрыск несущей жидкости по мере ее испарения с инструмента. Давление, связанное с расходом и консистенцией МРЖ, контролируется датчиком давления. Специальный съемник позволяет снимать с поверхности инструмента магнитореологическую жидкость и через систему трубопроводов возвращать ее с помощью специального отсасывающего насоса в емкость с центробежным подающим насосом. Все указанные выше элементы соединены с компьютером (система управления элементами), обеспечивающим общее управление процессом подачи магнитореологической жидкости к рабочему инструменту по заданному алгоритму. Однако указанное устройство обладает следующими недостатками сложность конструкции системы по доставке магнитореологической жидкости к рабочему инструменту и ее откачке 2 36222007.06.30 невозможность быстрой переналадки устройства для обработки поверхностей различной номенклатуры изделий, так как требует целой серии дополнительных операций, таких как слив магнитореологической жидкости в тару для хранения, промывка всей системы подачи и рециркуляции, просушка, замена магнитореологической жидкости, настройка системы автоматики на другой тип магнитореологической жидкости в перерывах между производственными циклами необходима работа всего станка в холостом режиме, чтобы избежать процесса седиментации суспензии магнитореологической жидкости конструктивное разделение рабочего инструмента с магнитной системой и устройств доставки магнитореологической жидкости к рабочему инструменту ведет к удлинению проводящих трубопроводов, увеличению давления в форсунке и, как следствие, увеличению нагрузки на подающий насос работа центробежного насоса ведет к значительному уменьшению срока службы магнитореологической жидкости на 30-50 за счет разрушения оболочки частиц магнитореологической жидкости и увеличения интенсивности окислительного процесса работа центробежного насоса также ведет к увеличению интенсивности процесса нагрева магнитореологической жидкости. Задачей заявляемого устройства является упрощение конструкции, увеличение производительности и надежности процесса полирования, расширение номенклатуры обрабатываемых изделий за счет обеспечения возможности быстрой переналадки устройства. Задача решается следующим образом. Известное устройство содержит рабочий инструмент в виде вращающегося колеса, внутри которого находится магнитная система, подающий насос, связанный с форсункой подачи магнитореологической жидкости к рабочему инструменту с помощью электродвигателя, давление которой контролируется датчиком давления, систему перемешивания, расположенную в емкости с магнитореологической жидкостью, связанные системой трубопроводов. Устройство снабжено также съемником магнитореологической жидкости, дозатором несущей жидкости, обеспечивающим постоянство консистенции магнитореологической жидкости, и системой управления элементами. Согласно предлагаемому техническому решению устройство дополнительно снабжено системой термостатирования и гасителем пульсаций магнитореологической жидкости, поступающей на рабочий инструмент, выполненным в виде герметичной емкости с каналами, причем рабочий инструмент с расположенной внутри магнитной системой и подающий насос связаны единым приводом вращения, емкость с магнитореологической жидкостью совмещена с дополнительно введенной системой термостатирования, представляющей собой теплообменник, установленный вокруг емкости с магнитореологической жидкостью, внутри которой размещен термодатчик, причем теплообменник связан с водяным электроклапаном, обеспечивающим подачу охлаждающей воды, а механизм перемешивания выполнен в виде электродвигателя, на валу которого установлена крыльчатка, причем все перечисленные узлы устройства связаны между собой системой трубопроводов в единый блок, обеспечивающий обработку конкретных изделий и возможность быстрой переналадки устройства. Кроме того, герметичная емкость гасителя пульсаций представляет собой цилиндрическую часть, переходящую в коническую, причем цилиндрическая часть снабжена крышкой с установленным в ней входным каналом, связанным, по крайней мере, с четырьмя каналами, расположенными под углом 90 друг к другу и имеют наклон 30-40 по отношению к плоскости, перпендикулярной внутренней стенке емкости, а нижний диаметр конической части совпадает с диаметром выходного канала. Таким образом, заявленное устройство конструктивно решено в виде единого блока(кассеты), в котором находятся все необходимые узлы и элементы, для поддержания необходимых свойств магнитореологической жидкости. Такое решение позволяет осущест 3 36222007.06.30 влять быструю смену одной кассеты на другую, при обработке разной номенклатуры изделий, а также улучшить технологические возможности хранения МРЖ в перерывах между производственными циклами. Кроме того, размещение рабочих узлов устройства в одном блоке обеспечивает возможность создавать блоки, соответствующие конкретному обрабатываемому материалу и виду операций, что обеспечивает увеличение стабильности процесса обработки, упрощает процесс перезаправки магнитореологической жидкости(очистка и промывка) за счет уменьшения общей поверхности контакта магнитореологической жидкости с элементами системы доставки и уменьшения количества элементов этой системы. А также обеспечивает возможность аварийной остановки системы доставки и рециркуляции магнитореологической жидкости посредством остановки только одного элемента - двигателя привода рабочего инструмента. На фиг. 1 представлена схема общего вида заявляемого устройства для полирования поверхностей изделия. На фиг. 2 показана конструкция гасителя пульсаций. Устройство содержит рабочий инструмент 1, выполненный в виде вращающегося колеса с расположенной внутри него неподвижной магнитной системой 2. Вращающееся колесо рабочего инструмента 1 связанно шкивами 3 передачи вращения с подающим насосом 4, который обеспечивает подачу магнитореологической жидкости в зону обработки. Работа привода вращения осуществляется электродвигателем 5. Съемник 6 предназначен для съема магнитореологической жидкости с рабочего инструмента 1 и поступления ее в емкость 7 для сбора магнитореологической жидкости, внутри которой расположен механизм перемешивания, выполненный в виде электродвигателя 8, на валу которого расположена крыльчатка 9, обеспечивающая постоянное перемешивание магнитореологической жидкости. Система термостатирования устройства включает теплообменник 10, расположенный вокруг емкости 7, внутри которой помещен термодатчик 11, а теплообменник 10 связан с водяным электроклапаном 12 для подачи охлаждающей воды. Постоянные реологические свойства магнитореологической жидкости поддерживаются дозатором 13, который поддерживает нужную консистенцию магнитореологической жидкости. В общую систему трубопроводов 14 встроены гаситель гидравлических пульсаций 15, датчик давления 16 и форсунка 17. Система управления элементами 18 управляет всеми системами устройства, обеспечивающими процесс полирования изделий. Струя магнитореологической жидкости в виде узкой дорожки 19 имеет эллипсовидную форму в сечении, которая находится на поверхности рабочего инструмента 1, соприкасаясь с обрабатываемым изделием 20. Гаситель пульсаций 15 представляет собой цилиндрическую емкость 21, плавно переходящую в ее коническую часть 22 с выходным каналом 23, через который магнитореологическая жидкость поступает на датчик давления 16 и форсунку 17. Крышка 24 герметично закрывает емкость 21 и снабжена входным каналом 25, связанным с четырьмя разделительными каналами 26, расположенными под углом 90 друг к другу, каждый из которых имеет наклон 30-40 по отношению к плоскости, перпендикулярной внутренней стенке емкости 21. Воздушная прослойка, которая образуется в верхней части цилиндрической емкости 21 между крышкой 24 с каналами 25 и 26 и конической частью 22, является демпфирующим элементом, что позволяет снизить амплитуду перепадов давления магнитореологической жидкости, которая возникает в подающем насосе 4. Устройство работает следующим образом. Магнитореологическая жидкость находится в емкости 7, откуда она при включении электродвигателя 5, приводящего в действие подающий насос 4, поступает в гаситель гидравлических пульсаций 15, где, поступив во входной канал 25, разделяется на четыре равные части по четырем разделительным каналам 26 и стекает в цилиндрическую емкость 21 по ее стенкам. Разделительные каналы 26 обеспечивают равномерное поступление магнитореологической жидкости в цилиндрическую часть емкости 21, после чего она попадает в ее коническую часть 22, нижний диаметр конуса которой равен диаметру вы 4 36222007.06.30 ходного канала 23. Эти условия плавного перехода цилиндрической части емкости 21 в ее коническую часть 22 и равные диаметры ее нижней части и выходного канала 23 позволяют исключить процесс агрегации твердых частиц магнитореологической жидкости. Разделение потока магнитореологической жидкости на четыре части и равномерное ее стекание вдоль стенок гасителя пульсаций 15 обеспечивают образование воздушной подушки. Воздушная подушка вместе с частью магнитореологической жидкости, частично заполняющая емкость гасителя пульсаций 15, образует гидравлический фильтр, подавляющий пульсации давления. Из гасителя колебаний 15 магнитореологическая жидкость через датчик давления 16 и форсунку 17 в виде дорожки 19, имеющей эллипсовидную форму в сечении, подается на рабочий инструмент 1. При этом обеспечиваются постоянство расхода и постоянство реологических параметров МРЖ, обеспечиваемые дозатором 13. Одновременно с включением подающего насоса 4 начинается синхронное вращение рабочего инструмента 1 с помощью шкивов 3. Соотношение размеров шкивов 3 выбирают таким образом, чтобы между числом оборотов рабочего инструмента 1 и числом оборотов подающего насоса 4 существовала определенная пропорция, которая позволяет получить величину линейной скорости поверхности инструмента, равную 1 м/с к расходу подающего насоса, составляющему 450-600 мл/мин. Это соотношение определяет линейную скорость движения и поперечные размеры дорожки 19 магнитореологической жидкости как функцию расходной характеристики подающего насоса 4 и скорости вращения рабочего инструмента 1. Дорожка 19 с магнитореологической жидкостью, пройдя зону градиентного магнитного поля с индукцией потока 250-350 мТ, которое создает магнитная система 2,меняет свои реологические свойства - переходит из жидкого состояния в вязкопластическое. Поверхность обрабатываемого изделия 20 вводят в соприкосновение с дорожкой 19 магнитореологической жидкости, находящейся в вязкопластичном состоянии, при этом происходит процесс обработки. Двигаясь далее, дорожка 19 выходит из зоны воздействия магнитного поля, и магнитореологическая жидкость снова переходит в жидкое состояние. Затем с помощью съемника 6 магнитореологическая жидкость стекает в емкость 7, вокруг которой расположен теплообменник 10, обеспечивающий термостатирование устройства. На отрезке течения магнитореологической жидкости между гасителем пульсаций 15 и форсункой 17 находится датчик давления 16, основная функция которого - аналоговый сигнал о состоянии давления магнитореологической жидкости в системе подачи. Эти данные являются основой алгоритма управления реологическими свойствами магнитореологической жидкости. Постоянные реологические параметры, в частности, консистенция(вязкость), в основном определяющая расход магнитореологической жидкости при заданном давлении, диаметре и длине канала, обеспечиваются поступлением из дозатора 13 несущей жидкости (составная часть магнитореологической жидкости) по мере ее испарения с рабочего инструмента 1, который по команде системы управления элементами 17 впрыскивает ее в емкость 7 и тем самым регулирует ее реологические свойства. Кроме того,определенное превышение нормального давления магнитореологической жидкости (в 1,52 раза) является аварийной ситуацией и служит командой для отключения электродвигателя 5. Температура оказывает существенное влияние на реологические свойства магнитореологической жидкости, в частности, консистенция падает с ростом температуры. Поэтому данные о температуре с термодатчика 11 системы термостатирования поступают в систему управления элементами 18, которая при определенном превышении температуры включает электроклапан охлаждающей воды 12. Крыльчатка 9 механизма перемешивания,работающая от электродвигателя 8, выполнена таким образом, чтобы лопасти и количество оборотов обеспечивали условие, при котором не происходит процесс агрегации магнитореологической жидкости и одновременно не происходит ее седиментация. В заявляемом устройстве рабочий инструмент 1 и вся система подачи и рециркуляции магнитореологической жидкости конструктивно размещены в одном блоке (кассете). В кассете также находятся все необходимые датчики, система поддержания необходимых свойств магнито 5 36222007.06.30 реологической жидкости посредством точного дозирования несущей среды. Такое решение позволяет осуществлять быструю смену кассеты на другую, при обработке различной номенклатуры изделий, а также улучшить технологические возможности хранения магнитореологической жидкости в перерывах между производственными циклами. В предлагаемом устройстве кассета снимается и помещается в место хранения, где происходит непрерывное размешивание магнитореологической жидкости. Это существенное преимущество заявляемого устройства при производстве различной номенклатуры обрабатываемых изделий. Кроме того, снимая кассету с одним составом магнитореологической жидкости,на ее место ставится другая кассета с другим составом магнитореологической жидкости,что дает возможность обработки изделий из другого материала. Компактность и быстрая переналаживаемость работы заявляемого устройства при замене обрабатываемых изделий за счет смены блочных малогабаритных кассет выгодно отличает его от всех известных технических решений в данной области. Кроме того, появляется возможность улучшения качественных характеристик магнитореологической жидкости. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6