Патент на изобретение №2373018

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАКРУГЛЕННОЙ КРОМКИ ДЕТАЛИ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И БОЕК, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В ЭТОМ УСТРОЙСТВЕ

(57) Реферат:

Изобретения относятся к обработке металлов ультразвуковой ковкой и могут быть использованы при изготовлении деталей с повышенными технико-эксплуатационными характеристиками. Для формирования на пластине закругленной кромки переменной толщины пластину размещают между рабочими поверхностями бойков. Указанные поверхности выполнены по меньшей мере с одним ручьем переменного сечения. Образующая ручья соответствует по форме профилю закругленной кромки пластины и имеет переменный радиус. Бойкам сообщают ультразвуковые колебания при одновременном перемещении пластины в поперечном направлении. Ширина исходной пластины меньше заданной ширины обработанной пластины на величину, которую определяют из приведенного выражения. При перемещении пластины в поперечном направлении бойки поворачивают вокруг их продольной оси. В результате обеспечивается повышение качества полученных изделий, увеличение работоспособности бойков и уменьшение усилия деформирования. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке металлов ультразвуковой ковкой, и может быть использовано для изготовления деталей с повышенными технико-эксплуатационными характеристиками и для формирования закругленных кромок с переменной толщиной.

Известны способы прокатки с продольными ультразвуковыми колебаниями валков, заключающиеся в том, что при обычной прокатке валками пластины возбуждают ультразвуковые колебания в валках при помощи прикрепленных к их торцам магнитострикционных преобразователей (В.П.Северенко, В.В.Клубович, А.В.Степаненко «Прокатка и волочение с ультразвуком», изд-во «Наука и техника», Минск, 1970 г., стр.136-181).

При прокатке с ультразвуком на обрабатываемый материал налагаются колебания с различной амплитудой, что связано с параллельным расположением валков относительно пластины и значительной протяженностью области деформации. Причем ультразвуковые колебания при прокатке являются только вспомогательным средством для снижения сил трения и некоторого увеличения пластичности обрабатываемого материала. В процессе ковки с использованием ультразвука колебания направлены вдоль продольной оси бойков, т.е. ортогонально пластине. Деформация края пластины при ультразвуковой ковке осуществляется в основном непосредственно за счет акустической энергии. Таким образом, протекающие процессы при деформации обрабатываемого материала ковкой с ультразвуком и прокаткой с ультразвуком полностью различны, причем в отличие от ковки возникающие в процессе прокатки с ультразвуком силы трения направлены строго вдоль продольной оси пластины.

Известен способ изготовления лезвия режущего инструмента, включающий формирование пластины, деформирование ультразвуковой ковкой торца пластины, расположенного между коническими поверхностями бойков, с одновременным перемещением пластины относительно осей бойков в поперечном направлении для формирования на пластине клинообразного лезвия (Авторское свидетельство СССР 1720779, B21K 11/00, B21J 5/00, опубл. 1991 г.).

В известном способе в процессе деформирования заготовки ей сообщают перемещение в поперечном приложению статистического усилия подпора направлении, а величину зазора между бойками выдерживают на протяжении всего цикла деформации на уровне двойной амплитуды ультразвуковых колебаний.

Преимуществом способа является возможность получения изделия с толщиной режущей кромки 1-3 мкм без заусенца или с минимальным заусенцем.

Ограничениями способа являются: сложность проведения процесса ультразвуковой ковки из-за необходимости подбора величины статического торцового усилия при колебаниях размеров пластины и отклонениях истинной траектории перемещения пластины от заданной в механизме перемещения заготовки; сложность поддержания величины зазора между бойками на протяжении всего цикла деформирования; необходимость использования нескольких поперечных проходов пластины между бойками для получения минимальных толщин режущей кромки.

Основным же ограничением способа, который позволяет получить, казалось бы, высококачественные режущие кромки с наличием в них мелких зерен металла и с минимальными толщинами, как показали исследования, является наличие скрытого дефекта в виде узкой щелеобразной микрораковины, расположенной в плоскости симметрии режущей кромки.

Для устранения этого дефекта в известном техническом решении край пластины закругляют (Патент РФ 2211742, B21K 11/00, опубл. 2003 г.).

Ограничением этого способа является необходимость применения дополнительных операций для изготовления самой заготовки, которой придают предварительные скосы прокаткой, шлифованием, обжимом в штампе или предварительной ультразвуковой ковкой торца пластины.

Основным недостатком этого процесса, который присущ также упомянутым ранее известным способам ультразвуковой ковки, является незначительная площадь рабочей поверхности бойков, участвующих в деформации, что приводит к быстрому износу рабочих поверхностей бойков, остановке процесса, ремонту инструмента и переналадке оборудования.

Известен способ ультразвуковой обработки кромки детали, включающий деформирование ультразвуковой ковкой бойками края пластины с прямоугольной кромкой, расположенной между конусообразными поверхностями бойков, с одновременным перемещением пластины в поперечном направлении относительно продольных осей бойков при придании бойкам вращения вокруг их продольных осей, причем на каждом из бойков выполнена впадина (ручей) с криволинейной образующей на его конусообразной поверхности, соответствующая по форме заданному профилю кромки детали сверху и снизу пластины (Патент Российской Федерации на изобретение 2286227, B21K 5/12, B21K 11/00, B21J 5/06, B21J 13/02, опубл. 2006.10.27).

Этим способом изготовляют лезвие режущего инструмента с очень острой кромкой, в частности с криволинейной образующей ручья, описываемой квадратичным полиномом Y=±AX²±ВХ±С, где Y – направление вдоль поперечной оси бойка, а Х – вдоль продольной.

Способ позволяет улучшить качество режущей кромки при обеспечении заданной ее толщины, сократить время обработки, улучшить чистоту поверхности режущей кромки, уменьшить число операций обработки заготовки в процессе проведения ультразвуковой ковки, увеличить продолжительность износа инструмента, улучшить управляемость ведения процесса и его автоматизацию.

Ограничением этого способа является невозможность его использования для изготовления деталей из разнотолщинных пластин, например, у которых толщина пластины меняется вдоль ее длины или ширины. Способ не предусматривает возможности изготовления закругленных кромок с переменным радиусом, например для деталей сложной фасонной формы, таких как турбинные лопатки и др. В настоящее время такие лопатки изготавливаются прецизионным шлифованием с использованием лекал.

Известно также устройство для ультразвуковой обработки кромки детали, содержащее бойки, связанные с источниками ультразвуковых колебаний, расположенные один напротив другого и рабочие поверхности которых выполнены конусообразными, механизм, выполненный обеспечивающим перемещение пластины с прямоугольной кромкой между рабочими поверхностями бойков в поперечном направлении относительно их продольных осей и установленный с возможностью деформирования края пластины, привод, выполненный с возможностью вращения бойков вокруг их продольных осей, причем на каждом из бойков выполнена впадина (ручей) с криволинейной образующей на его конусообразной поверхности, соответствующая по форме заданному профилю кромки детали сверху и снизу пластины (Патент Российской Федерации на изобретение 2286227, B21K 5/12, B21K 11/00, B21J 5/06, B21J 13/02, опубл. 2006.10.27).

Это устройство предназначено для изготовления лезвия режущего инструмента и ему присущи как все преимущества, так и недостатки для изложенного выше способа. Известным устройством невозможно изготовить закругленную кромку разнотолщинной заготовки с переменным радиусом.

Известен также боек, входящий в состав вышеописанного устройства, содержащий рабочую поверхность, выполненную конусообразной и предназначенную для деформирования ультразвуковой ковкой края пластины, причем на конусообразной рабочей поверхности выполнен ручей, криволинейная образующая которого соответствует по форме заданному профилю кромки детали сверху и снизу пластины (Патент Российской Федерации на изобретение 2286227, B21K 5/12, B21K 11/00, B2U 5/06, B21J 13/02, опубл. 2006.10.27).

Этот боек позволяет уменьшить износ его рабочей поверхности, улучшить качество кромки получаемого изделия, увеличить временной период работоспособности, а также уменьшить усилие деформации.

Ограничением этого инструмента является невозможность его использования для закругления кромки разнотолщинной заготовки, например для изготовления закругленного торца турбинной лопатки без заусенца, наплывов материала или раковины.

Решаемая изобретением задача – расширение функциональных возможностей, повышение качества детали с закругленной кромкой, улучшение технологичности изготовления закругленной кромки для фасонных изделий, снижение трудоемкости, а также улучшение условий автоматизации проведения процесса с уменьшением числа проходов для формирования закругленной кромки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного способа, – улучшение качества закругленной кромки при наличии заданной ее переменной толщины, сокращение времени обработки, улучшение чистоты поверхности закругленной кромки, уменьшение числа операций обработки заготовки в процессе проведения ультразвуковой ковки, улучшение управляемости ведения процесса и его автоматизации.

Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного устройства, – улучшение качества закругленной кромки при уменьшении числа проходов для изготовления изделия до одного, улучшение управляемости ведения процесса и его автоматизации.

Технический результат, который может быть получен при выполнении бойков, – улучшение качества закругленной кромки получаемых деталей, увеличение временного периода работоспособности бойков при изготовлении закругленной кромки, а также уменьшение усилия деформации для получения закругленного торца изделия.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата способ формирования ультразвуковой ковкой на пластине закругленной кромки переменной толщины характеризуется тем, что он включает размещение исходной пластины с прямоугольной кромкой между рабочими поверхностями расположенных друг против друга бойков, выполненных по меньшей мере с одним ручьем переменного сечения с образующей, которая соответствует по форме профилю закругленной кромки пластины и имеет переменный радиус, и деформирование края пластины бойками с сообщением им ультразвуковых колебаний при одновременном перемещении пластины в поперечном направлении относительно продольной оси бойков, при этом используют исходную пластину шириной, меньшей заданной ширины обработанной пластины на величину увеличения ширины пластины при ее деформировании, которую определяют из выражения =R(1-/4), где R – величина радиуса образующей ручья бойка в месте ультразвуковой ковки пластины бойками, а при перемещении пластины в поперечном направлении обеспечивают поворот бойков вокруг их продольной оси с окружной скоростью, которую определяют из выражения:

V^окр.Б=(V^лин.П××D^K)/(360×L),

где V^окр.Б – окружная скорость поворота бойков в мм/с;

V^лин.П – скорость перемещения пластины в мм/с;

– угол поворота бойка в градусах,

D^K – минимальный диаметр торца бойков в мм;

L – длина пластины в мм.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата устройство для формирования ультразвуковой ковкой на пластине закругленной кромки переменной толщины характеризуется тем, что оно содержит расположенные один против другого и связанные с электроакустическими преобразователями ультразвуковых колебаний бойки с рабочими поверхностями, механизм перемещения деформируемой пластины между рабочими поверхностями бойков в поперечном направлении относительно продольной оси бойков и привод поворота бойков вокруг их продольной оси, при этом каждый из бойков выполнен с по меньшей мере с одним ручьем переменного сечения на рабочей поверхности, образующая которого соответствует по форме профилю закругленной кромки пластины и имеет переменный радиус R, а механизм перемещения деформируемой пластины и привод поворота бойков выполнены с возможностью синхронизации окружной скорости поворота бойков со скоростью перемещения деформируемой пластины в соответствии с выражением:

V^окр.Б=(V^лин.П××D^K)/(360×L),

где V^окр.Б – окружная скорость поворота бойков в мм/с;

V^лин.П – скорость перемещения пластины в мм/с;

– угол поворота бойка в градусах,

D^K – минимальный диаметр торца бойков в мм;

L – длина пластины в мм.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата бойки устройства для формирования ультразвуковой ковкой на пластине закругленной кромки переменной толщины расположены один напротив другого и выполнены по меньшей мере с одним ручьем переменного сечения на рабочей поверхности, образующая которого соответствует по форме профилю закругленной кромки пластины и имеет переменный радиус.

Возможны дополнительные варианты выполнения бойков, в которых целесообразно, чтобы:

– ручей на рабочей поверхности бойков был выполнен с образующей, представляющей собой менее чем половину окружности;

– бойки были выполнены с двумя симметрично расположенными ручьями и имели возможность поворота на угол =180°;

– бойки были выполнены с одним ручьем и имели возможность поворота на угол =270°.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, где

Фиг.1 схематично изображает устройство для осуществления заявленного способа, где стрелками показано направление воздействия ультразвуковыми колебаниями, приложение статической нагрузки и вращение преобразователей ультразвуковых колебаний с прикрепленными к ним бойками;

Фиг.2 – схематично процесс изготовления закругленной кромки, начало;

Фиг.3 – то же, что фиг.2, середина процесса;

Фиг.4 – то же, что фиг.2, конец процесса;

Фиг.5 – сечение А-А на фиг.2;

Фиг.6 – сечение А-А на фиг.3;

Фиг.7 – сечение А-А на фиг.4;

Фиг.8 – сечение А-А на фиг.1, где стрелками показаны направления движения пластины, вращения бойков и зона деформации Е лопатки;

Фиг.9 – сечение С-С на фиг.8, где показано позиционирование кромки пластины относительно бойков в идеальном случае;

Фиг.10 – схематично, изменение ширины пластины при ультразвуковой ковке и закруглении ее края переменным радиусом R;

Фиг.11 – схематично, уменьшение ширины заготовки пластины под переменный радиус R;

Фиг.12 – конструкцию бойка с двумя симметричными ручьями (продольное сечение);

Фиг.13 – то же, что фиг.12, вид снизу на фиг.12 (схематично расположение рабочих поверхностей бойков);

Фиг.14 – конструкцию бойка с одним ручьем, схематичное расположение рабочей поверхности бойка;

Фиг.15 – сечение D-D на фиг.14.

Поскольку способ получения закругленной кромки детали реализуется в заявленном устройстве для ультразвуковой обработки кромки детали, то сначала описывается конструкция этого устройства (фиг.1).

На фигуре 1 показаны: боек 1 верхний, боек 2 нижний, пластина 3, механизм 4 перемещения пластины 3, втулка 5 с зубчатым колесом, электродвигатель 6 с шестерней, находящейся в зацеплении с зубчатым колесом втулки 5, преобразователи 7 электрических импульсов в ультразвуковые колебания (УЗ), кронштейн 8 верхний с отверстием для жесткой фиксации верхнего волновода, скоба 9, волноводы 10, стол 11, корпус 12 подшипникового блока, подшипник 15, рама 14.

Для показанной конкретной конструкции втулка 5 с зубчатым колесом, электродвигатель 6 с шестерней, кронштейн 8, скоба 9, корпус 12 подшипникового блока, подшипник 15, находящиеся в кинематической связи, как показано на фиг.1, составляют привод, выполненный с возможностью поворота бойков 1 и 2 вокруг их продольных осей. Преобразователи 7 электрических импульсов в ультразвуковые колебания и волноводы 10 являются источниками ультразвуковых колебаний для бойков 1 и 2. Механизм 4 перемещения пластины 3 может быть выполнен на основе электронного манипулятора.

Специалистам понятно, что показанная на фиг.1 конструкция не является единственно возможной. Допустимо использование других устройств, обеспечивающих перемещение пластины 3, вращение бойков 1 и 2 и подачу на них УЗ колебаний, например, т.к. это описано в Патенте РФ 2286227. Однако устройство на фиг.1 является наиболее простым.

Таким образом, в общем случае устройство для ультразвуковой обработки кромки детали (фиг.1) содержит бойки 1 и 2, связанные с электроакустическими преобразователями ультразвуковых колебаний, расположенные один напротив другого и на рабочих поверхностях которых выполнены ручьи 13. Механизм 4 выполнен обеспечивающим перемещение пластины 3 с прямоугольной кромкой между рабочими поверхностями бойков 1 и 2 в поперечном направлении относительно их продольных осей и пространственно установлен с возможностью деформирования края пластины 3. Привод выполнен с возможностью вращения бойков 1 и 2 вокруг их продольных осей. На каждом из бойков 1 и 2 выполнен ручей 13 с криволинейной образующей на его торце, соответствующий по форме заданному профилю кромки детали сверху и снизу пластины 3.

Ручей 13 выполнен с криволинейной образующей на каждом из бойков 1 и 2 с переменным радиусом R. Ширина пластины 3 уменьшена от заданной на величину =R(1-/4), где R – величина переменного радиуса в месте ультразвуковой ковки пластины 3 бойками 1 и 2. При перемещении пластины 3 в поперечном направлении относительно продольных осей бойков 1 и 2 окружная скорость V^окр.Б вращения бойков 1 и 2 синхронизирована со скоростью V^лин.П перемещения пластины 3 в

соответствии с соотношением

V^окр.Б=(V^лин.П××D^K)/(360×L) мм/с, где

– угол поворота бойка 1 и 2 в градусах,

=3,14,

D^K – рабочий диаметр бойков 1 и 2 – минимальный диаметр ручья в мм.

Процесс ультразвуковой ковки кромки пластины 3 (фиг.1) происходит при ее перемещении механизмом 4 между бойками 1 и 2, которые совершают УЗ колебания с частотой 20 (22) кГц. Кроме УЗ колебаний бойки 1 и, 2, жестко закрепленные на волноводах 10, совершают синхронное вращение от электродвигателя 6.

Устройство (фиг.1) состоит из 2-х УЗ блоков (преобразователь 7 и волновод 10 с бойком) на скобе 9 и кронштейне 8, при этом верхний может перемещаться по скобе 9 вверх-вниз, и к нему приложена статическая сила Р, а нижний закреплен жестко.

Бойки 1 и 2 имеют ручьи 13 переменного сечения и расположены относительно друг друга соосно и зеркально.

Скобка 9 крепится на втулку 5 так, чтобы оси вращения волноводов 10 и бойков 1 и 2 были соосны с продольной осью втулки 5.

При помощи электродвигателя 6 с шестерней и зубчатого колеса втулки 5 скоба 9 может поворачиваться совместно с волноводами 10 и бойками 1 и 2 вокруг их продольной оси.

Втулка 5 с подшипниками 15 находится в корпусе подшипникового блока 12, являющегося основой ковочного устройства.

К корпусу 12 крепится стол 11 с механизмом 4 – электронным манипулятором.

На фигуре (1, 2-7) схематично показана обработка кромки пластины 3 переменным радиусом, т.е. в разных местах ручья бойков 1 и 2 радиус переменный. Например, кромка пластины 3 может плавно увеличиваться или уменьшаться вдоль ее длины L (как показано на фиг.2-7), а может изменяться в соответствии заданным техническими параметрами на конкретное изделие, например для разнотолщинной турбинной лопатки. И в этом случае устройство успешно функционирует, поскольку ширина пластины может быть легко уменьшена от заданной на величину =R×(1-/4), где R – величина переменного радиуса в месте ультразвуковой ковки пластины 3 бойками 1 и 2 в определенный момент времени, а при перемещении пластины 3 в поперечном направлении относительно продольных осей бойков 1 и 2 окружная скорость V^окр.Б вращения бойков 1 и 2 синхронизирована со скоростью V^лин.П перемещения пластины в соответствии с соотношением

V^окр.Б=(V^лин.П××D^K)/(360×L), мм/с, где

– угол поворота бойка 1 и, соответственно, бойка 2, в градусах,

=3,14,

D^K – рабочий диаметр бойка – минимальный диаметр ручья 13 в мм.

Для синхронизации V^окр.Б и V^лин.П механизм 4 и электродвигатель 6 могут быть выполнены регулируемыми.

Пример 1. На фиг.2, 5 показан заход пластины 3 в зону ковки с переменным радиусом R, где R_min=r₁=0,3 мм.

Окружная скорость V^окр.Б бойков 1 и 2 значительно меньше линейной скорости пластины 3 V^лин.П. И когда пластину 3 УЗ ковкой обработают до середины длины L (фиг.3, 6) – боек 2 повернется на 90° и радиус ручья уже будет промежуточным R_пром=r₂=0,65 мм.

В конце обработки пластины 3 боек 1 и 2 повернется на 180° от первоначального положения (фиг.4, 7) и будет обрабатываться кромка с максимальным переменным радиусом R_max=r₃=1 мм.

На фиг.8 показано сечение А-А на фиг.1 (увеличено), где стрелками показаны направления движения пластины V^лин.П, вращения бойков и зона деформации Е пластины.

При УЗ ковке пластины 3 с прямоугольной кромкой она входит в ручей 13 между бойками 1 и 2 в точке В на диаметре d’, где толщина пластины 3 соответствует ручьям 13. Далее идет деформация края пластины бойками на протяжении расстояния М до оси бойков. Величина М зависит от диаметра бойков, толщины кромки пластины 3 и формы ручья.

На фиг.9 изображено сечение С-С на фиг.8, где показано позиционирование кромки пластины относительно бойков 1 и 2 в идеальном случае: площадь кромки пластины 3 S₁=t×l₁ до деформации равна площади S₂t²/8 после деформации.

Обозначения на фиг.9:

t – толщина пластины 3;

– точки входа кромки пластины 3 в зону деформации;

d’ – диаметр ручья 13, где толщина кромки пластины 3 равна высоте ручья 13;

l₁ – величина деформации края пластины 13;

l₂= – прирост ширины пластины 3 при ее деформации.

При классической УЗ ковке прямоугольной кромки пластины 3 металл вытесняется в ручей бойка 1 и 2 и ширина пластины увеличивается на величину (фиг.10). Величина прямо пропорциональна радиусу ультразвуковой ковки =R(1-/4). Поэтому заготовка пластины 3 должна быть меньше окончательных заданных параметров детали на величину .

Пример 2. Для R_min=r₁=0,3 мм ₁=0,065, а для R_max=r₃=1 мм ₃=0,215. Для такой заготовки пластины 3 уклон в общем виде равен i=(1-/4)(R-r)/ L. Если длина пластины 3 L=250 мм, то i=0,1:167 (фиг.11). Кроме того, за счет выбора =R(1-/4) уменьшается усилие деформации для получения закругленного торца изделия.

В общем случае край пластины 3 может быть не прямолинейным, как это показано на фиг.2, 3, 4, 8, а криволинейным. В этом случае механизм 4 – электронный манипулятор перемещает пластину 3 не только в поперечном направлении относительно продольных осей бойков 1 и 2, а обеспечивает в месте ковки пластины 3 бойками 1 и 2 положение касательной к криволинейной поверхности пластины 3 ортогонально к продольной оси бойков 1 и 2. При этом соотношение =R(1-/4) сохраняется как для криволинейной поверхности пластины 3, так и для пластины 3, у которой толщина изменяется по ее длине.

Таким образом, способ ультразвуковой обработки кромки детали характеризуется тем, что:

– деформируют ультразвуковой ковкой бойками 1 и 2 край пластины 3 с прямоугольной кромкой, расположенной между конусообразными поверхностями бойков 1 и 2;

– одновременно перемещают пластину в поперечном направлении относительно продольных осей бойков 1 и 2 при придании бойкам 1 и 2 вращения вокруг их продольных осей, причем на каждом из бойков 1 и 2 выполнен ручей 13 с криволинейной образующей на его поверхности, соответствующий по форме заданному профилю кромки детали сверху и снизу пластины 3;

– ручей выполнен с криволинейной образующей на каждом из бойков 1 и 2 с переменным радиусом R;

– ширину пластины 3 уменьшают на величину =R(1-/4), где R – величина переменного радиуса в месте ультразвуковой ковки пластины 3 бойками 1 и 2;

– при перемещении пластины 3 в поперечном направлении относительно продольных осей бойков 1 и 2 выбирают окружную скорость V^окр.Б вращения бойков 1 и 2 соответствующей соотношению

V^окр.Б=(V^лин.П××D^K)/(360×L) мм/с, где

V^лин.П – скорость перемещения пластины в мм/с,

– угол поворота бойка 1 или 2 в градусах,

=3,14,

D – рабочий диаметр бойка 1 и 2 – минимальный диаметр его конусообразной поверхности в мм,

L – длина пластины в мм.

За счет выбора окружной скорости V^окр.Б вращения бойков 1 и 2 соответствующей указанному соотношению и ручья 13 с переменным радиусом R удается получить качественную закругленную кромку при уменьшении для изготовления изделия числа проходов до одного, улучшить управляемость ведения процесса и его автоматизацию.

Боек 1 или 2 (фиг.12-15) для ультразвуковой обработки кромки детали содержит рабочую поверхность, выполненную с ручьем 13 и предназначенную для деформирования ультразвуковой ковкой края пластины 3. На рабочей поверхности выполнен ручей 13, криволинейная образующая которого соответствует по форме заданному профилю кромки детали сверху и снизу пластины 3. Ручей 13 с криволинейной образующей выполнен с переменным радиусом R на бойках 1 или 2.

Профиль ручья 13 с криволинейной образующей может быть выполнен менее половины окружности (фиг.9).

Ручей 13 на рабочей поверхности бойков 1 или 2 может быть выполнен в виде двух ручьев (фиг.12, 13), симметричных друг другу и с максимальным углом поворота бойка =180°.

Ручей 13 на рабочей поверхности бойков 1 или 2 может быть выполнен в виде одного ручья (фиг.14, 15) с максимальным углом поворота бойка =270°.

Пример 3 выполнения бойков 1 и 2.

Задаемся (принимаем):

R_min=r₁=0,3 мм; R_max=r₃=1 мм; длина пластины 3 для лопатки L=250 мм; наружный диаметр бойка D^Б=20 мм; рабочий диаметр бойка 1 или внутренний диаметр ручья 13 D^K=17 мм.

Пусть бойки 1 и 2 имеют два ручья, симметричных друг другу (фиг.12, 13).

Максимальный поворот бойков в процессе ковки кромки пластины 3 =180°.

Заглубление ручья 13 в тело бойка равно 1,5 мм.

Внутренний диаметр ручья 13 D^K=17 мм.

Длина ручья 13 C^K=53,4 мм. Для двух ручьев =180°, поэтому рабочая длина ручья C^K’=C^K/2=26,7 мм.

За время поворота бойков 1 и 2 на угол 180° пластина переместится на длину L=250 мм.

Зададимся линейной скоростью пластины, достаточной, как показали эксперименты, для качественной ультразвуковой ковки V^лин.П=5 мм/с.

Отношение длины канавки на 1/2 окружности C^K’ к длине пластины 3 L равнозначно отношению V^окр.Б к линейной скорости V^лин.П.

26,7 мм/250 мм=0,107=V^окр.Б/V^лин.П

Отсюда V^окр.Б=0,53 мм/с, частота оборотов n^Б0,099 об/с.

Пусть бойки 1 и 2 имеют один ручей с максимальным углом поворота бойка =270° (фиг.14, 15), т.е. поворот бойков 1 и 2 в процессе ковки кромки пластины равен =270°.

Заглубление ручья в тело бойков 1 и 2 равно 1,5 мм (=1,5).

Внутренний диаметр канавки D^K=17 мм. Тогда:

C^K=(3D^K)/4=40 мм

L=250 мм

C^K/L=40/250=0,16=V^окр.Б/V^лин.П

Примем скорость ковки

V^лин.П=5 мм/с, тогда

V^окр.Б=5×0,16=0,8 мм/с

С другой стороны:

– время ковки Т=250/5=50 с

– боек повернется на 270°

– C^K/Т=40/50=0,8 мм/с=V^окр.Б

Переведем на обороты

40 мм – 3/4 оборота

0,8 мм/с – n^Б

отсюда:

n^Б=0,8 мм/с × 0,75 об/40 мм=0,015 об/с

т.е.

n^Б=0,015 об/с=0,9 об/мин

В общем виде:

V^окр.Б=(V^лин.П×××D^K)/(360×L) [мм/с];

n^Б=(V^лин.П×/(360×L) [об/с]

где:

– в град

V^лин.П – в мм/с

D^K; L – в мм.

Таким образом, получили зависимость в общем виде между окружной скоростью бойков V^окр.Б и числом оборотов бойков n^Б от линейной скорости пластины V^лин.П, длины ручья 13 на бойке C^K, угла поворота бойка в градусах, длины пластины L и диаметра ручья D^K, необходимую для автоматизации УЗ ковки.

Бойки 1 и 2 с двумя ручьями целесообразно использовать для изготовления коротких лопаток, а боек с одним ручьем – для длинных лопаток.

Наиболее успешно заявленный способ получения закругленной кромки детали, устройство для его осуществления и боек, входящий в состав этого устройства, промышленно применимы при изготовлении различных фасонных деталей, в том числе турбинных лопаток, с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками, с высокими показателями по износостойкости и с закругленными кромками переменных радиусов.

Формула изобретения

1. Способ формирования ультразвуковой ковкой на пластине закругленной кромки переменной толщины, характеризующийся тем, что он включает размещение исходной пластины с прямоугольной кромкой между рабочими поверхностями расположенных друг против друга бойков, выполненных по меньшей мере с одним ручьем переменного сечения с образующей, которая соответствует по форме профилю закругленной кромки пластины и имеет переменный радиус, и деформирование края пластины бойками с сообщением им ультразвуковых колебаний при одновременном перемещении пластины в поперечном направлении относительно продольной оси бойков, при этом используют исходную пластину шириной, меньшей заданной ширины обработанной пластины на величину увеличения ширины пластины при ее деформировании , которую определяют из выражения
=R(1-/4),
где R – величина радиуса образующей ручья бойка в месте ультразвуковой ковки пластины бойками,
а при перемещении пластины в поперечном направлении обеспечивают поворот бойков вокруг их продольной оси с окружной скоростью, которую определяют из выражения:
V^окр.Б=(V^лин.П··D^K)/(360·L),
где V^окр.Б – окружная скорость поворота бойков, мм/с;
V^лин.П – скорость перемещения пластины, мм/с;
– угол поворота бойков, град;
D^K – минимальный диаметр торца бойков, мм;
L – длина пластины, мм.

2. Устройство для формирования ультразвуковой ковкой на пластине закругленной кромки переменной толщины, характеризующееся тем, что оно содержит расположенные один против другого и связанные с электроакустическими преобразователями ультразвуковых колебаний бойки с рабочими поверхностями, механизм перемещения деформируемой пластины между рабочими поверхностями бойков в поперечном направлении относительно продольной оси бойков и привод поворота бойков вокруг их продольной оси, при этом каждый из бойков выполнен по меньшей мере с одним ручьем переменного сечения на рабочей поверхности, образующая которого соответствует по форме профилю закругленной кромки пластины и имеет переменный радиус R, а механизм перемещения деформируемой пластины и привод поворота бойков выполнены с возможностью синхронизации окружной скорости поворота бойков со скоростью перемещения деформируемой пластины в соответствии с выражением:
V^окр.Б=(V^лин.П··D^K)/(360·L),
где V^окр.Б – окружная скорость поворота бойков, мм/с;
V^лин.П – скорость перемещения пластины, мм/с;
– угол поворота бойков, град;
D^K – минимальный диаметр торца бойков, мм;
L – длина пластины, мм.

3. Бойки устройства для формирования ультразвуковой ковкой на пластине закругленной кромки переменной толщины, выполненные с расположенным на рабочей поверхности по меньшей мере одним ручьем переменного сечения, образующая которого соответствует по форме профилю закругленной кромки перемещаемой деформируемой пластины и имеет переменный радиус, и расположенные один напротив другого с возможностью поворота вокруг их продольной оси с окружной скоростью, которая синхронизирована со скоростью перемещения пластины и определена из выражения:
V^окр.Б=(V^лин.П··D^K)/(360·L),
где V^окр.Б – окружная скорость поворота бойков, мм/с;
V^лин.П – скорость перемещения пластины, мм/с;
– угол поворота бойков, град;
D^K – минимальный диаметр торца бойков, мм;
L – длина пластины, мм.

4. Бойки по п.3, у которых ручей на рабочей поверхности выполнен с образующей, представляющей собой менее, чем половину окружности.

5. Бойки по п.3, которые выполнены с двумя симметрично расположенными ручьями и имеют возможность поворота на угол =180°.

6. Бойки по п.3, которые выполнены с одним ручьем и имеют возможность поворота на угол =270°.

РИСУНКИ