устройство для вибрационной обработки

Формула изобретения

Устройство для вибрационной обработки деталей, содержащее установленные на платформе контейнеры с дном из эластичного материала и вибратор, выполненный в виде кинематически связанного с приводом вращения вертикального вала с роликами, смонтированными с возможностью контакта с дном контейнера, отличающееся тем, что оно снабжено средствами радиального перемещения контейнеров, установленными на платформе и соединенными с боковой стенкой контейнера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области отделочно-упрочняющей обработки и может использоваться в машиностроении, радио и приборостроительной промышленности, а также для обработки изделий из камня.

Известно устройство для вибрационной обработки деталей, содержащее установленный на основании рабочий орган с дном из эластичного материала и вибратор, выполненный в виде кинематически связанного с приводом вращения вертикального вала с горизонтальными радиально расположенными осями с роликами, смонтированными с возможностью контакта с дном рабочего органа. Конструктивно рабочий орган выполнен в виде кольцевого контейнера (авт. св. N 1283060, кл. B 24 B 31/073, 1985).

Известное устройство не позволяет изменять режим обработки в широких пределах. Основным регулируемым параметром в этом устройстве является амплитуда колебаний. Существует также возможность изменения частоты вибраций посредством смены шкивов клиноременной передачи привода вращения вала вибратора, однако, вследствие значительной трудоемкости этой операции регулирование частоты вибраций таким образом практически не производится. Невозможность регулирования значений вибрационных ускорений частиц загрузки в данном устройстве приводит, как будет показано ниже, к неосуществимости управления величиной достижимой шероховатости обрабатываемых деталей.

Известно также устройство для вибрационной обработки деталей, содержащее установленный на основании рабочий орган с дном из эластичного материала и вибратор, выполненный в виде кинематически связанного с приводом вращения вертикального вала с горизонтальными радиально расположенными осями с роликами, смонтированными с возможностью контакта с дном рабочего органа. Конструктивно рабочий орган выполнен в виде группы контейнеров с возможностью независимого регулирования вертикального смещения (амплитуды вибраций) (авт. св. N 1397255, кл. B 24 B 31/073, 1988).

Недостатком устройства являются ограниченные технологические возможности по получению различных значений достижимой шероховатости поверхности обрабатываемых деталей. В указанном устройстве регулирование режима обработки в каждом контейнере производится за счет изменения величины амплитуды вибраций. Однако амплитуда вибраций в силу конструктивных особенностей устройства несущественно влияет на изменение шероховатости поверхности обрабатываемых деталей. Это связано с тем, что амплитуда вибраций в известной конструкции практически не оказывает влияния на величины сил взаимодействия деталей и частиц абразива, а, следовательно, не влияет на глубину внедрения абразивных гранул в материал детали. Таким образом, высота микрорельефа обрабатываемой детали (шероховатость ее поверхности) не зависит от амплитуды вибраций. Математическое доказательство этого факта приведено ниже.

В заявленном устройстве расширение его технологических возможностей осуществляется посредством широкого независимого регулирования величины достижимой шероховатости поверхности обрабатываемых деталей в каждом контейнере. Это достигается тем, что в устройстве для вибрационной обработки деталей, содержащем установленные на платформе контейнеры с донышками из эластичного материала и вибратор, выполненный в виде вертикального вала с роликами, смонтированными с возможностью контакта с дном рабочего органа (контейнера), в отличие от известной конструкции, контейнеры установлены на платформе с возможностью радиального перемещения относительно оси вращения вертикального вала вибратора. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Заявляемое устройство позволяет, как будет показано ниже, управлять величинами взаимных ускорений частиц загрузки. Шероховатость детали при виброобработке (высота микрорельефа) определяется глубиной внедрения абразивных гранул в материал детали. Глубина внедрения абразивной гранулы зависит от величин взаимных ускорений частиц в момент взаимодействия. Управление значения этих ускорений позволяет регулировать шероховатость поверхности обрабатываемых деталей. Установка контейнеров в заявленном устройстве с возможностью их радиального перемещения по отношению к оси вращения вертикального вала вибратора приводит к возникновению нового свойства возможности широкого регулирования шероховатости деталей в каждом контейнере.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом и с другими техническими решениями в данной области техники не выявили устройства, где контейнеры смонтированы на платформе виброустановки с возможностью радиального перемещения относительно оси вращения вертикального вала вибратора.

Таким образом, предложенное решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показано устройство, разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вид сверху устройства для вибрационной обработки.

Устройство состоит из нескольких контейнеров 1, установленных на направляющих 2 платформы 3, которая неподвижно закреплена на основании 4. Дно 5 каждого контейнера выполнено из эластичного материала. Вибратор выполнен в виде роликов 6, оси которых связаны с вертикальным валом 7, который приводится во вращение через клиноременную передачу двигателем 8. Контейнеры 1 могут перемещаться по направляющим 2 в прорезях платформы с помощью винта 9, приводимого в движение маховиком 10. В контейнере 1 находится рабочая среда 11 и обрабатываемые детали 12. На дне контейнера расположен придонный слой загрузки 13. Ось контейнера находится на расстоянии R₁ от оси вращения вибратора 7. Обкатывающие ролики 6 имеют радиус R₂ и соприкасаются с дном контейнера по дуге DCB. В прямоугольной системе координат XOY (ось X направлена в сторону движения ролика 6) ширина зоны контакта определяется абсциссами точек B и D: X₁ и -X₁ соответственно. Начальный угол контакта ролика 6 с дном контейнера составляет . Ролика 6 имеет угловую частоту вращения W₂. Амплитуда вибраций определяется глубиной погружения ролика величиной A.

Устройство работает следующим образом. В контейнер 1 загружается рабочая среда 11 и обрабатываемые детали 12. Затем от электродвигателя 8 через ременную передачу сообщают вращательное движение валу 7 и роликам 6 с угловой частотой W₁. Линейная скорость движения центра сечения ролика, находящегося на расстоянии R₁ от оси вращения, определяется по формуле:

V=W₁R₁ (1). Контактирование ролика 6 с придонным слоем 13 происходит по дуге DCB (фиг.2). Каждая точка придонного слоя находится в контакте с роликом в течение некоторого времени. За это время абсцисса этой точки изменяет свое значение в системе координат XOY от X₁ до -X₁. При отсутствии проскальзывания между роликом 6 и дном 5 для любой точки поверхности ролика в указанном на фиг.2 сечении угловая скорость вращения составляет:



где R₂ радиус сечения ролика. На участке дуги DCB параметрические уравнения движения точки имеют вид:

X = R₂cos(W₂t+) (3)

Y = R₂sin(W₂t+) (4)

где X и Y координаты точки дуги DCB по осям X и Y соответственно;

начальный угол контакта.

Проекции ускорения точки дуги DCB с координатами X и Y на соответствующие оси координат равны:





Модуль результирующего ускорения, сообщаемого частицами придонного слоя загрузки, составляет:



С учетом формул 1 и 2 величина ускорения определяется по формуле:



Из формулы 8 видно, что ускорения частиц придонного слоя загрузки пропорциональны квадрату расстояния от оси вращения вертикального вала вибратора до зоны контакта (R₁) и не зависят от амплитуды вибраций A.

По мере проникновения вибрационного воздействия вглубь загрузки (от придонного слоя вверх) его интенсивность уменьшается из-за демпфирующих свойств среды загрузки. Это приводит к уменьшению взаимных ускорений частиц от нижнего слоя к верхнему, а следовательно, и глубин внедрения абразивных гранул, т. е. к ослаблению влияния вибрационного воздействия на величину изменения шероховатости в верхних слоях. Достижимая шероховатость поверхности деталей определяется максимальными внедрениями абразивных гранул в материал детали, т. е. зависит от максимальных взаимных ускорений частиц загрузки, величины которых определяются по формуле 8 для придонного слоя.

Таким образом, в предлагаемом устройстве регулирование достижимой шероховатости поверхности обрабатываемых деталей производится посредством перемещения каждого контейнера на требуемое расстояние R₁ от оси вращения вертикального вала вибратора.