RU2167757C2 - Method for jet type finishing and strengthening and apparatus for performing the same - Google Patents

Abstract

FIELD: metal working, possibly in different branches of industry for finishing and strengthening surfaces of parts. SUBSTANCE: part is immersed into non-perturbed clean liquid and it is subjected to treatment by means of jet of suspension of air, liquid and solid particles. Concentration of solid particles in jet significantly exceeds liquid concentration in part treatment zone. Solid particle deposited on bottom of chamber after impinging with part are continuously directed to ejector for reusing them at treating. Apparatus includes chamber 1 with liquid, ejector 2, treated part 3, taking up device 4, solid particles 5, flexible pipelines 6,7, spindle for rotating part, mechanism for moving ejector 9. Part 3 and ejector 2 are immersed into liquid. Method allows to enhance quality of surface layer of part. EFFECT: enhanced efficiency, enlarged manufacturing possibilities of jet treatment in liquid. 6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в различных отраслях промышленности для отделочной и упрочняющей обработки поверхностей деталей. The invention relates to metalworking and can be used in various industries for finishing and hardening of surfaces of parts.

Известен способ гидроабразивной обработки (авт. св. СССР N 1769484 A1, кл. B 24 C 1/00, опубл. 15.06.92), при котором детали и струйному аппарату сообщают синхронное дискретное перемещение, а интенсивность перемешивания абразивной суспензии при каждом переходе из нижнего слоя к верхнему уменьшают. Деталь и эжектор погружены в барботируемую абразивную суспензию. A known method of waterjet processing (ed. St. USSR N 1769484 A1, class B 24 C 1/00, publ. 06/15/92), in which the details and the inkjet apparatus report synchronous discrete movement, and the intensity of mixing of the abrasive slurry at each transition from lower layer to upper reduce. The part and ejector are immersed in a bubbled abrasive slurry.

Недостаток способа проявляется в сложности конструктивной реализации оборудования и трудности поддержания заданной концентрации абразива в зоне обработки. The disadvantage of this method is manifested in the complexity of the constructive implementation of the equipment and the difficulty of maintaining a given concentration of abrasive in the processing zone.

Известен способ струйной обработки (патент RU N 2066616 C1, кл. 6 В 24 C 1/00, опубл. 20.09.96, Бюл. N 26), при котором обработку детали ведут в насыщенной частицами рабочей жидкости воздушной среде. A known method of inkjet processing (patent RU N 2066616 C1, class 6 B 24 C 1/00, publ. 09/20/96, Bull. N 26), in which the part is processed in an air-saturated particles of the working fluid.

Недостаток способа проявляется в конструктивной реализации подвижного колокола для обработки деталей большой длины. Конструкция колокола существенно усложняется при обработке детали с вращением и перемещением эжектора вдоль ее оси вращения. The disadvantage of this method is manifested in the constructive implementation of the movable bell for processing parts of large length. The design of the bell is significantly complicated when machining parts with rotation and movement of the ejector along its axis of rotation.

В качестве прототипа выбран способ (авт. свид. СССР N 207768, кл. 67 b, опубл. 22.12.67, Бюл. N 2) гидроабразивной обработки, при котором обработку детали производят в жидкой абразивной среде, при этом гидроабразивную суспензию барботируют, для поддержания абразивных частиц во взвешенном состоянии. As a prototype, a method was selected (author's certificate. USSR N 207768, class 67 b, publ. 22.12.67, Bull. N 2) waterjet treatment, in which the part is processed in a liquid abrasive medium, while the hydroabrasive suspension is bubbled, for keeping abrasive particles in suspension.

В способе, выбранном за прототип, эффективность обработки низкая по причине торможения струи эжектора в жидкости с большой концентрацией абразива. Интенсивность обработки пропорциональна концентрации абразива в струе, а концентрация абразива в струе равна концентрации абразива в жидкости. Струя тормозится тем больше, чем в более плотную среду она истекает, что ограничивает возможность повышения интенсивности обработки. In the method selected for the prototype, the processing efficiency is low due to inhibition of the ejector jet in a liquid with a high concentration of abrasive. The processing intensity is proportional to the concentration of abrasive in the jet, and the concentration of abrasive in the jet is equal to the concentration of abrasive in the fluid. The jet is slowed down the more, the more it flows into a denser medium, which limits the possibility of increasing the processing intensity.

Для установки реализующей способ обработки в жидкой абразивной суспензии требуется загрузка большого количества абразива в установку (количество которого прямо пропорционально объему жидкости) для создания заданной концентрации абразива в струе. Такое количество абразива используется не полностью: при смене загрязненной воды в установке выгружается и абразив, режущие свойства которого еще не исчерпаны. Излишнее количество абразива ускоряет износ оборудования. To install implements the processing method in a liquid abrasive slurry, you need to load a large amount of abrasive into the installation (the amount of which is directly proportional to the volume of liquid) to create a given concentration of abrasive in the jet. Such an amount of abrasive is not fully used: when changing contaminated water, an abrasive is also unloaded in the installation, the cutting properties of which have not yet been exhausted. Excessive abrasive accelerates equipment wear.

При перерыве в работе вся масса абразива, находящегося в жидкости, оседает на дне установки, это затрудняет ее последующий пуск и подготовку к работе. Осевший на дне абразив забивает сопла для барботажа. During a break in work, the entire mass of abrasive that is in the liquid settles at the bottom of the installation, this complicates its subsequent start-up and preparation for work. An abrasive settled on the bottom clogs the bubbler nozzles.

Для поддержания абразива во взвешенном состоянии абразивную суспензию приходится барботировать, что усложняет конструкцию оборудования и повышает расход сжатого воздуха, делая процесс не экономичным. При барботаже суспензии образующиеся вихревые движения жидкости разрушают границу струи, истекающей из эжектора, уменьшают ее скорость в зоне обработки, при этом качество обработки снижается и, кроме того, такой способ обработки непригоден для упрочнения деталей. To maintain the abrasive in suspension, the abrasive suspension has to be bubbled, which complicates the design of the equipment and increases the consumption of compressed air, making the process not economical. When bubbling the suspension, the resulting vortex motion of the liquid destroys the boundary of the jet flowing from the ejector, reduces its speed in the treatment zone, while the processing quality is reduced and, in addition, this processing method is unsuitable for hardening parts.

Большой расход абразива и дополнительный расход сжатого воздуха на барботаж абразивной суспензии делает процесс обработки экономически не эффективным. The high consumption of abrasive and the additional consumption of compressed air to bubble the abrasive slurry makes the processing process economically inefficient.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в повышении производительности, качества поверхностного слоя детали, экономичности процесса обработки и расширении технологических возможностей струйной обработки в среде жидкости
Технический результат достигается тем, что в способе струйной отделочно-упрочняющей обработки деталь погружают в камеру с невозмущенной чистой жидкостью и обрабатывают ее суспензией воздуха, жидкости и твердых частиц. Оседающие в процессе обработки на дно камеры твердые частицы направляются снова в струю на повторную обработку. В качестве твердых частиц используют как свободный абразив, так и шарики. В устройстве для струйной отделочно-упрочняющей обработки, содержащем камеру, расположенные внутри нее эжектор и шпиндель вращения детали, трубопровод подвода воздуха к эжектору, эжектор соединен трубопроводом с заборным устройством твердых частиц, расположенным на дне камеры. Камера в нижней части выполнена сужающейся.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to increase productivity, quality of the surface layer of the part, the efficiency of the processing process and the expansion of technological capabilities of blasting in a liquid medium
The technical result is achieved by the fact that in the method of inkjet finishing and hardening treatment, the part is immersed in a chamber with an unperturbed clean liquid and treated with a suspension of air, liquid and solid particles. Solid particles deposited during processing to the bottom of the chamber are sent back to the stream for re-treatment. As solid particles, both free abrasive and balls are used. In the device for inkjet finishing and hardening processing, comprising a chamber, an ejector located therein and a spindle for rotating the part, an air supply pipe to the ejector, the ejector is connected by a pipe to a particulate intake device located at the bottom of the chamber. The camera at the bottom is made tapering.

Сущность способа заключается в следующем: деталь, погруженную в невозмущенную чистую жидкость, обрабатывают струей суспензии воздуха, жидкости и твердых частиц, при этом концентрация твердых частиц в струе существенно больше, чем в жидкости в зоне обработки детали. Оседающие на дно камеры, после соударения с деталью, твердые частицы непрерывно направляются в эжектор на повторную обработку. The essence of the method is as follows: a part immersed in an unperturbed clean liquid is treated with a stream of a suspension of air, liquid and solid particles, while the concentration of solid particles in the stream is significantly greater than in the liquid in the zone of processing of the part. Solid particles settling to the bottom of the chamber, after colliding with the part, are continuously sent to the ejector for reprocessing.

На чертеже представлена схема установки для реализации способа струйной отделочно-упрочняющей обработки. The drawing shows a diagram of an installation for implementing the method of inkjet finishing and hardening processing.

Установка содержит камеру 1 с жидкостью, эжектор 2, обрабатываемую деталь 3, заборное устройство 4, твердые частицы 5, гибкие трубопроводы 6 и 7, шпиндель вращения детали 8 и механизм перемещения эжектора 9. Деталь 3 и эжектор 2 погружены в жидкость. The installation comprises a chamber 1 with liquid, an ejector 2, a workpiece 3, an intake device 4, solid particles 5, flexible pipelines 6 and 7, a spindle for rotating the part 8 and a mechanism for moving the ejector 9. The part 3 and the ejector 2 are immersed in the liquid.

Работает установка следующим образом: деталь 3 закрепляется в шпинделе 8, а эжектор 2 расположен против детали 3. При обработке деталей сложной конфигурации деталь 3 вращается, а механизм 9 перемещает эжектор 2 вдоль оси вращения детали. Ход механизма 9 перемещения эжектора 2 зависит от длины обрабатываемой детали. В рабочее сопло эжектора 2 по трубопроводу 6 подается воздух под давлением Р_В, эжектор 2 засасывает со дна камеры 1 твердые частицы 5 через заборное устройство 4 и трубопровод 7. Струя суспензии воздуха, жидкости и твердых частиц истекает из эжектора 2 на деталь 3. Воздух из камеры 1 выходит через вентиляционный канал.The installation works as follows: the part 3 is fixed in the spindle 8, and the ejector 2 is located against the part 3. When processing parts of complex configuration, the part 3 rotates, and the mechanism 9 moves the ejector 2 along the axis of rotation of the part. The progress of the mechanism 9 for moving the ejector 2 depends on the length of the workpiece. Air is supplied to the working nozzle of the ejector 2 through the pipe 6 under pressure Р _B , the ejector 2 draws solid particles 5 from the bottom of the chamber 1 through the intake device 4 and the pipe 7. A stream of suspension of air, liquid and solid particles flows from the ejector 2 to part 3. Air leaves chamber 1 through the ventilation duct.

Концентрация частиц в струе не зависит от их концентрации в жидкости в зоне обработки детали 3. Частицы совершают постоянный кругооборот: после соударения с деталью 3 они оседают на дно камеры 1 и тут же снова засасываются в эжектор 2. При работе установки все частицы 5 сосредоточены на дне камеры 1, сужающаяся к низу форма камеры 1 дает дополнительный эффект и обеспечивает сбор твердых частиц 5 вокруг заборного устройства 4, что позволяет вести обработку при небольшой загрузке в установку твердых частиц. Концентрация частиц в струе - 35% (по массе), а в установке - 4%. Твердые частицы используются с максимальной эффективностью. The concentration of particles in the jet does not depend on their concentration in the liquid in the zone of treatment of part 3. Particles make a constant circuit: after colliding with part 3, they settle to the bottom of chamber 1 and are then again sucked into the ejector 2. When the unit is in operation, all particles 5 are focused on the bottom of the chamber 1, the shape of the chamber 1 tapering to the bottom gives an additional effect and ensures the collection of solid particles 5 around the intake device 4, which allows processing with a small load of solid particles in the installation. The concentration of particles in the stream is 35% (by weight), and in the installation - 4%. Particulate matter is used with maximum efficiency.

Барботажа жидкости нет, это уменьшает расход сжатого воздуха, упрощает конструкцию установки и снижает себестоимость оборудования. Отсутствие барботажа и полное использование твердых частиц обеспечивают экономическую эффективность процесса обработки. There is no bubbling of liquid, this reduces the consumption of compressed air, simplifies the design of the installation and reduces the cost of equipment. The absence of bubbling and the full use of particulate matter ensure the economic efficiency of the processing process.

Способ позволяет проводить обработку как абразивом (отделочная обработка для полировки), так и шариками (упрочняющая обработка поверхности) на одинаковых по конструкции установках. Шарики могут быть стеклянные или стальные, из нержавеющей стали. The method allows to carry out processing as an abrasive (finishing treatment for polishing), and balls (hardening surface treatment) on the same design structures. Balls can be glass or steel, stainless steel.

Струя эжектора истекает в невозмущенную барботажем чистую жидкость (с пренебрежимо малой концентрацией частиц), благодаря этому она лучше достигает поверхности детали, т.к. жидкость меньше тормозит струю, чем более плотная абразивная суспензия, что повышает качество поверхностного слоя детали при отделочно-упрочняющей обработке. В камере имеется лишь поток оседающих на дно частиц, направленный от детали к заборному устройству, в остальных частях камеры взвешенных в жидкости твердых частиц практически нет. В невозмущенной барботажем жидкости струя не размывается и остается компактной, при этом скорость струи в зоне обработки увеличивается, что позволяет применять способ для упрочнения, а также повышает производительность процесса. The ejector jet flows into a clean liquid unperturbed by bubbling (with a negligible concentration of particles), due to which it better reaches the surface of the part, because the liquid slows down the jet less than a denser abrasive slurry, which improves the quality of the surface layer of the part during finishing and hardening treatment. In the chamber there is only a stream of particles settling to the bottom, directed from the part to the intake device, in the remaining parts of the chamber there are practically no solid particles suspended in the liquid. In an unperturbed liquid bubbling, the jet does not erode and remains compact, while the jet velocity in the treatment zone increases, which allows the method to be hardened, and also increases the productivity of the process.

Обработка под водой повышает экологичность процесса, исключает потери жидкости и твердых частиц, а также их попадание в воздушное пространство камеры, повышает качество обработки. При подводной обработке стеклошарики практически не колются. Processing under water increases the environmental friendliness of the process, eliminates the loss of liquid and solid particles, as well as their ingress into the airspace of the chamber, improves the quality of processing. During underwater processing, glass balls practically do not prick.

Установки по приведенной выше схеме апробированы в производстве, преимущества и работоспособность способа подтверждены практикой их эксплуатации. Installations according to the above scheme are tested in production, the advantages and efficiency of the method are confirmed by the practice of their operation.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют производить обработку детали, как отделочную, так и упрочняющую, с высоким качеством, повысить производительность обработки за счет осуществления процесса в невозмущенной чистой жидкости, экономичность процесса обработки за счет уменьшения расхода твердых частиц и сжатого воздуха. Thus, the proposed method and device for its implementation allows the processing of parts, both finishing and hardening, with high quality, to increase processing productivity by implementing the process in an unperturbed clean liquid, the efficiency of the processing by reducing the consumption of solid particles and compressed air .

Claims (6)

1. Способ струйной отделочно-упрочняющей обработки, при котором деталь погружают в камеру с жидкой средой и обрабатывают ее струей суспензии воздуха, жидкости и твердых частиц, отличающийся тем, что обработку детали ведут в невозмущенной чистой жидкости, не насыщенной твердыми частицами, при этом твердые частицы суспензии в процессе обработки осаждают на дно камеры. 1. The method of inkjet finishing and hardening treatment, in which the part is immersed in a chamber with a liquid medium and treated with a stream of a suspension of air, liquid and solid particles, characterized in that the part is treated in an unperturbed clean liquid not saturated with solid particles, while solid suspension particles during processing are deposited on the bottom of the chamber. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердые частицы после осаждения на дно камеры снова направляют в струю на повторную обработку. 2. The method according to claim 1, characterized in that the solid particles after deposition on the bottom of the chamber are again sent to the stream for reprocessing. 3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используют как свободный абразив, так и шарики. 3. The method according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that both solid abrasive and balls are used as solid particles. 4. Устройство для струйной отделочно-упрочняющей обработки, включающее камеру, расположенные внутри нее эжектор и шпиндель вращения детали, трубопровод подвода воздуха к эжектору, отличающееся тем, что эжектор снабжен трубопроводом, соединенным с заборным устройством твердых частиц, расположенным на дне камеры. 4. A device for inkjet finishing and hardening treatment, including a chamber, an ejector located inside it and a spindle for rotating the part, an air supply pipe to the ejector, characterized in that the ejector is provided with a pipe connected to a particulate intake device located at the bottom of the chamber. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что камера в нижней части выполнена сужающейся. 5. The device according to claim 4, characterized in that the camera in the lower part is made tapering. 6. Устройство по любому из пп.4 и 5, отличающееся тем, что оно включает механизм перемещения эжектора. 6. The device according to any one of paragraphs.4 and 5, characterized in that it includes a mechanism for moving the ejector.