RU210646U1 - Device for ultrasonic smoothing of large-sized internal thrust threads - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для ультразвуковой обработки крупных внутренних упорных резьб. Устройство содержит две акустические системы, каждая из которых состоит из последовательно размещенных в стаканообразном корпусе упругого элемента, пьезокерамического преобразователя, волновода и концентратора, на торце которого закреплен излучатель со съемным рабочим наконечником. Каждая акустическая система установлена на державке с возможностью регулируемого перемещения в осевом направлении и фиксации. Державка крепится на суппорте станка. Акустические системы развернуты в противоположные стороны и смещены вдоль продольной оси обрабатываемой резьбы на половину шага резьбы. Продольные оси каждой акустической системы наклонены под углом 90°-α, где α - угол наклона ненагружаемой стороны профиля упорной резьбы. Каждый рабочий торец съемного наконечника излучателя контактирует с одной половиной нагружаемой стороны профиля резьбы. В результате обеспечивается повышение качества обрабатываемой поверхности упорной крупной резьбы. 1 ил.The utility model relates to mechanical engineering and can be used for ultrasonic treatment of large internal thrust threads. The device contains two acoustic systems, each of which consists of an elastic element, a piezoceramic transducer, a waveguide and a concentrator placed in series in a glass-shaped case, at the end of which an emitter with a removable working tip is fixed. Each acoustic system is mounted on a holder with the possibility of adjustable movement in the axial direction and fixation. The holder is attached to the support of the machine. Acoustic systems are deployed in opposite directions and displaced along the longitudinal axis of the processed thread by half the thread pitch. The longitudinal axes of each acoustic system are inclined at an angle of 90°-α, where α is the angle of inclination of the unloaded side of the thrust thread profile. Each working end of the removable tip of the emitter is in contact with one half of the loaded side of the thread profile. As a result, the quality of the machined surface of the persistent coarse thread is improved. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для ультразвуковой обработки крупных внутренних упорных резьб, например, в винтовых механизмах, воспринимающих большую одностороннюю нагрузку (винтовые прессы, нажимные устройства прокатных станов, грузоподъемные устройства, домкраты и т.п.).The utility model relates to mechanical engineering and can be used for ultrasonic treatment of large internal thrust threads, for example, in screw mechanisms that perceive a large one-sided load (screw presses, pressure devices of rolling mills, lifting devices, jacks, etc.).

Известен ультразвуковой инструмент для упрочнения внутренних цилиндрических поверхностей металлических изделий (Патент РФ №2305622). Инструмент содержит преобразователь и связанный с ним волновод. Волновод выполнен в виде стержня с цилиндрической рабочей поверхностью, на которой в зоне пучности колебательных смещений имеются углубления, расположенные в шахматном порядке рядами в виде винтовых линий. Каждое из углублений имеет цилиндрическую форму и наклонено к оси волновода в сторону преобразователя под углом от 30° до 85°. В каждом из углублений помещен с возможностью вращения и перемещения вдоль оси углубления шарик, который снабжен пружинящим элементом, установленным в донной части углубления.Known ultrasonic tool for hardening the inner cylindrical surfaces of metal products (RF Patent No. 2305622). The tool contains a transducer and a waveguide associated with it. The waveguide is made in the form of a rod with a cylindrical working surface, on which in the antinode zone of oscillatory displacements there are recesses arranged in a checkerboard pattern in rows in the form of helical lines. Each of the recesses has a cylindrical shape and is inclined to the axis of the waveguide towards the transducer at an angle of 30° to 85°. In each of the recesses, a ball is placed with the possibility of rotation and movement along the axis of the recess, which is provided with a spring element installed in the bottom part of the recess.

Известный ультразвуковой инструмент представляет собой сложную конструкцию и позволяет обрабатывать только внутренние цилиндрические поверхности постоянного диаметра. Конструкция не годится для выглаживания внутренних резьбовых поверхностей.Known ultrasonic tool is a complex design and allows you to process only the inner cylindrical surface of a constant diameter. The design is not suitable for smoothing internal threaded surfaces.

Известно техническое решение для статико-импульсного упрочнения внутренних крупных резьб (Патент РФ №2731949), которое содержит генератор механических импульсов, волновод-коромысло, который одним концом связан с генератором, а на противоположном конце установлен ролик для обкатки впадины внутренней резьбы. При этом ось волновода-коромысла закреплена на суппорте токарного станка.Known technical solution for static-pulse hardening of large internal threads (RF Patent No. 2731949), which contains a generator of mechanical impulses, a waveguide-beam, which is connected to the generator at one end, and a roller for running in the cavity of the internal thread is installed at the opposite end. In this case, the axis of the waveguide-rocker is fixed on the support of the lathe.

При использовании вышеотмеченного технического решения обрабатывается вся поверхность впадины резьбы, что для упорной резьбы нерационально, так как разрушение резьбы происходит из-за критического износа нагружаемой стороны профиля.When using the above technical solution, the entire surface of the thread cavity is processed, which is irrational for a thrust thread, since the destruction of the thread occurs due to the critical wear of the loaded side of the profile.

За прототип принято устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей сложного профиля (Патент РФ №2317187). Устройство содержит акустическую систему в виде установленных в корпусе магнитострикционного или пьезокерамического преобразователя, волновода, концентратора и излучателя со съемным рабочим наконечником. Корпус акустической системы установлен на державке с возможностью поворота на малый угол вокруг оси, перпендикулярной продольной оси акустической системы. По обе стороны от оси поворота корпуса установлены винтовые поджимающие пружины. Державка крепится в суппорте станка с возможностью перемещения параллельно оси обрабатываемой заготовки.The prototype is a device for non-abrasive ultrasonic finishing of complex profile surfaces (RF Patent No. 2317187). The device contains an acoustic system in the form of a magnetostrictive or piezoceramic transducer installed in the housing, a waveguide, a concentrator and a radiator with a removable working tip. The acoustic system case is mounted on a holder with the possibility of rotation through a small angle around an axis perpendicular to the longitudinal axis of the acoustic system. On both sides of the axis of rotation of the housing, helical preload springs are installed. The holder is mounted in the machine support with the ability to move parallel to the axis of the workpiece being processed.

Недостатки известного устройства связаны с возникновением в процессе выглаживания неравномерных давлений на обрабатываемую рабочую сторону профиля со стороны наконечника акустической системы. Неравномерные давления возникают вследствие деформирования пружин, расположенных по разные стороны от оси крепления корпуса акустической системы к державке, что вызывает поворот корпуса акустической системы на некоторый угол. Неравномерное давление на обрабатываемую поверхность приводит к неравномерному упрочнению и неравномерной шероховатости обрабатываемой поверхности, что снижает качество резьбы и износостойкость гайки. Кроме того, у крупной упорной резьбы рабочая нагружаемая поверхность имеет большую высоту (по ГОСТ 10177 у резьбы с шагом p=48 мм высота профиля Н₁=36 мм), поэтому вести одновременно обработку по всей высоте затруднительно. Другой недостаток связан с тем, что продольная ось волновода направлена под углом 90° к продольной оси излучателя, что вызывает повышенное рассеивание колебаний, а, следовательно, приводит к снижению коэффициента полезного действия устройства (КПД).The disadvantages of the known device are associated with the occurrence in the process of smoothing uneven pressure on the processed working side of the profile from the tip of the acoustic system. Uneven pressures arise due to the deformation of the springs located on different sides of the axis of fastening of the acoustic system housing to the holder, which causes the acoustic system housing to rotate at a certain angle. Uneven pressure on the machined surface leads to uneven hardening and uneven roughness of the machined surface, which reduces the thread quality and wear resistance of the nut. In addition, for a large thrust thread, the working loading surface has a large height (according to GOST 10177, for a thread with a pitch p = 48 mm, the height of the profile H ₁ = 36 mm), so it is difficult to simultaneously process along the entire height. Another drawback is related to the fact that the longitudinal axis of the waveguide is directed at an angle of 90° to the longitudinal axis of the radiator, which causes increased dispersion of oscillations, and, consequently, leads to a decrease in the efficiency of the device (COP).

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение качества обрабатываемой поверхности упорной крупной резьбы и повышение КПД устройства.The technical problem to be solved by the claimed technical solution is to improve the quality of the machined surface of the persistent coarse thread and increase the efficiency of the device.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым техническим решением, заключается в улучшении условий выглаживания и снижения рассеивания ультразвуковых колебаний.The technical result provided by the proposed technical solution is to improve the conditions for smoothing and reduce the dispersion of ultrasonic vibrations.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что устройство для ультразвукового выглаживания крупной внутренней упорной резьбы, предназначенное для использования на станке, имеющем каретку с держателем, согласно изменению, содержит державку, выполненную с возможностью жесткого крепления в держателе каретки станка и две акустические системы, каждая из которых состоит из последовательно размещенных в стаканообразном корпусе пьезокерамического преобразователя, волновода и концентратора с установленным на его торце излучателем со съемным рабочим наконечником, причем акустические системы закреплены на державке с возможностью регулируемого перемещения в осевом направлении и фиксации, развернуты в противоположные стороны и смещены друг относительно друга вдоль продольной оси резьбового отверстия на половину шага упорной резьбы, а продольная ось каждой акустической системы наклонена к продольной оси резьбового отверстия на угол 90°-α, где α - угол наклона ненагружаемой стороны профиля упорной резьбы, при этом съемный рабочий наконечник излучателя каждой акустической системы выполнен с возможностью контакта с одной половиной нагружаемой стороны профиля упорной резьбы.The essence of the claimed utility model lies in the fact that the device for ultrasonic smoothing of large internal thrust threads, intended for use on a machine tool with a carriage with a holder, according to the change, contains a holder made with the possibility of rigid fastening in the holder of the machine carriage and two acoustic systems, each of which consists of a piezoceramic transducer, a waveguide and a concentrator placed in series in a glass-shaped case with an emitter installed at its end with a removable working tip, and the acoustic systems are fixed on a holder with the possibility of adjustable movement in the axial direction and fixation, deployed in opposite directions and shifted relative to each other other along the longitudinal axis of the threaded hole by half the pitch of the thrust thread, and the longitudinal axis of each acoustic system is inclined to the longitudinal axis of the threaded hole at an angle of 90 ° - α, where α is the angle of inclination of the unloaded side of the profile i of the thrust thread, while the removable working tip of the emitter of each speaker system is made with the possibility of contact with one half of the loaded side of the thrust thread profile.

Устройство для ультразвукового выглаживания крупной внутренней упорной резьбы (фиг. 1) содержит две акустические системы, каждая из которых состоит из последовательно размещенных в стаканообразном корпусе 1, упругого элемента, пьезокерамического преобразователя (на фиг. 1 не показаны), волновода 2 и концентратора 3. На торце концентратора 3 жестко закреплен излучатель 4 со съемным рабочим наконечником 5. Каждая акустическая система установлена на державке 6 с возможностью регулируемого перемещения в осевом направлении и фиксации. Державка 6 жестко закреплена в держателе суппорта станка (на фиг. 1 не показан). При этом акустические системы развернуты в противоположные стороны и смещены вдоль продольной оси обрабатываемой резьбы на половину шага резьбы. Кроме того, продольные оси каждой акустической системы наклонены под углом 90°-α, где α - угол наклона ненагружаемой стороны 7 профиля резьбы, а каждый рабочий торец съемного наконечника 5 излучателя 4 контактирует с одной половиной нагружаемой стороны 8 профиля резьбы.A device for ultrasonic smoothing of a large internal thrust thread (Fig. 1) contains two acoustic systems, each of which consists of an elastic element, a piezoceramic transducer (not shown in Fig. 1), a waveguide 2 and a concentrator 3, placed in series in a glass-shaped case 1. At the end of the concentrator 3, a radiator 4 with a removable working tip 5 is rigidly fixed. Each acoustic system is mounted on a holder 6 with the possibility of adjustable movement in the axial direction and fixation. The holder 6 is rigidly fixed in the holder of the machine caliper (not shown in Fig. 1). In this case, the acoustic systems are deployed in opposite directions and displaced along the longitudinal axis of the processed thread by half the thread pitch. In addition, the longitudinal axes of each acoustic system are inclined at an angle of 90°-α, where α is the angle of inclination of the unloaded side 7 of the thread profile, and each working end of the removable tip 5 of the emitter 4 is in contact with one half of the loaded side 8 of the thread profile.

Устройство для ультразвукового выглаживания крупной внутренней упорной резьбы работает следующим образом. Гайка 9 с предварительно нарезанной необработанной резьбой зажимается в патроне механизма вращения токарного станка (на фиг. 1 не показан), а в каретке суппорта станка укрепляется державка 6, на которой установлены две развернутые в противоположные стороны акустические системы. Державка 6 подводится к торцу необработанной гайки 9 таким образом, чтобы наконечники 5 излучателей 4 с определенной силой прижимались к одной половине нагружаемой стороны 8 профиля резьбы гайки 9. Акустические системы подключаются к источникам питания и включаются (на фиг. 1 не показано), обеспечивая ультразвуковые колебания излучателей 4 с наконечниками 5. После чего одновременно включаются механизмы вращения патрона и перемещения суппорта (на фиг. 1 не показаны) токарного станка и происходит выглаживание нагружаемой стороны 8 профиля резьбы.A device for ultrasonic smoothing of large internal thrust threads works as follows. Nut 9 with a pre-cut raw thread is clamped in the chuck of the lathe rotation mechanism (not shown in Fig. 1), and holder 6 is fixed in the carriage of the machine support, on which two acoustic systems deployed in opposite directions are installed. The holder 6 is brought to the end of the raw nut 9 in such a way that the tips 5 of the emitters 4 are pressed against one half of the loaded side 8 of the thread profile of the nut 9 with a certain force. oscillations of emitters 4 with tips 5. After that, the mechanisms of rotation of the cartridge and movement of the caliper (not shown in Fig. 1) of the lathe are simultaneously turned on and the loaded side 8 of the thread profile is smoothed.

Проведены комплексные исследования, направленные на повышение износостойкости гаек нажимного механизма прокатной клети стана 2000 горячей листовой прокатки ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Резьба по ГОСТ 10177-82 диаметр D=600 мм, шаг p=24 мм, высота профиля H=18 мм. Проведенные исследования показали, что применение выглаживания с наложением ультразвуковых колебаний обеспечивает снижение шероховатости поверхности с Ra=3,2 мкм до Ra=0,8 мкм, упрочнение поверхностного слоя на глубину до 200÷250 мкм, а на поверхности возникают остаточные сжимающие напряжения. Износо-стойкость гаек возрастает на 25÷30%. Соосное без перегибов размещение преобразователя, волновода, концентратора и рабочего наконечника снижает рассеивание ультразвуковых колебаний и повышает КПД.Comprehensive studies were carried out aimed at improving the wear resistance of the nuts of the pressure mechanism of the rolling stand of the 2000 hot-plate rolling mill of PJSC Magnitogorsk Iron and Steel Works. Thread according to GOST 10177-82 diameter D=600 mm, pitch p=24 mm, profile height H=18 mm. The conducted studies have shown that the use of burnishing with the imposition of ultrasonic vibrations provides a decrease in surface roughness from Ra=3.2 µm to Ra=0.8 µm, hardening of the surface layer to a depth of 200÷250 µm, and residual compressive stresses appear on the surface. The wear resistance of nuts increases by 25÷30%. Coaxial placement of the transducer, waveguide, concentrator and working tip without kinks reduces dispersion of ultrasonic vibrations and increases efficiency.

Claims (1)

Устройство для ультразвукового выглаживания крупной внутренней упорной резьбы, предназначенное для использования на станке, имеющем каретку с держателем, отличающееся тем, что оно содержит державку, выполненную с возможностью жесткого крепления в держателе каретки станка, и две акустические системы, каждая из которых состоит из последовательно размещенных в стаканообразном корпусе пьезокерамического преобразователя, волновода и концентратора с установленным на его торце излучателем со съемным рабочим наконечником, причем акустические системы закреплены на державке с возможностью регулируемого перемещения в осевом направлении и фиксации, развернуты в противоположные стороны и смещены друг относительно друга вдоль продольной оси резьбового отверстия на половину шага упорной резьбы, а продольная ось каждой акустической системы наклонена к продольной оси резьбового отверстия на угол 90°-α, где α - угол наклона ненагружаемой стороны профиля упорной резьбы, при этом съемный рабочий наконечник излучателя каждой акустической системы выполнен с возможностью контакта с одной половиной нагружаемой стороны профиля упорной резьбы.A device for ultrasonic smoothing of large internal thrust threads, designed for use on a machine having a carriage with a holder, characterized by in that it contains a holder made with the possibility of rigid fastening in the holder of the machine carriage, and two acoustic systems, each of which consists of a piezoceramic transducer placed in series in a glass-shaped case, a waveguide and a concentrator with an emitter installed at its end with a removable working tip, moreover the acoustic systems are mounted on a holder with the possibility of adjustable movement in the axial direction and fixation, turned in opposite directions and shifted relative to each other along the longitudinal axis of the threaded hole by half the pitch of the thrust thread, and the longitudinal axis of each acoustic system is inclined to the longitudinal axis of the threaded hole at an angle of 90 °-α, where α is the angle of inclination of the unloaded side of the thrust thread profile, while the removable working tip of the radiator of each acoustic system is made with the possibility of contact with one half of the loaded side of the thrust thread profile.

Images