Способ обработки материалов и устройство для его осуществления

Способ обработки материалов и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к обработке материалов, может быть использовано во всех отраслях машиностроения и, позволяет расширить технологические возможности обработки. Обработку осуществляют нагревом слоя обрабатываемого материала вихревыми токами до расплавления, сбором и перераспределением его в ограниченном объеме, формированием обработанной поверхности и удалением излишка расплавленного материала. Обрабатывающее устройство имеет корпус, индуктор с электротермоизносостойкой изоляцией, накопитель (ограниченный объем), основной охладитель, дополнительные охладители и выпускные отверстия. При обработке на поверхность устанавливают устройство, индуктор включают в цепь источника тока и начинают перемещать. Обрабатываемый материал нагревают и расплавляют тепловым действием вихревых токов на определенную глубину, собирают в накопитель устройства, поддерживают жидкотекучесть расплава, часть расплава используют для формирования обработанной поверхности, излишек расплава удаляется, материал отформованной поверхности охлаждается до отвердевания охладителем. Накопитель устройства изготовляют из термоизносостойкого материала и располагают за индуктором в зоне эффективного действия вихревых токов, задняя стенка накопителя отстоит наружу от соприкасающейся с обрабатываемым материалом поверхности индуктора на толщину снимаемого слоя и имеет ширину, меньшую ширины слоя расплавленного под индуктором материала. Для улучшения формования обработанной поверхности устрайвают выпускные отверстия, увеличивающие объем накопителя и давление на формуемый расплавленный материал. Для предотвращения растекания расплава при обработке поверхностей с низкой шероховатостью по периметру устройства устраивают дополнительные охладители. Изобретение позволяет осуществить обработку крупногабаритных и протяженных объектов, труднообрабатываемых материалов и получение фасонных поверхностей без режущего инструмента. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к обработке материалов и может быть использовано во всех отраслях машиностроения.

Известен способ обработки материалов, включающий индукционный нагрев обрабатываемого материала последовательно отдельными участками выше температуры плавления, собирание расплава в ванну и перемещение обрабатываемого участка относительно источника нагрева.

Известное устройство, содержащее термостойкий корпус, индуктор прямого действия, имеющий магнитопровод, индуктирующий провод и электротермоизносостойкую изоляцию, и охладитель.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей обработки материалов.

Это достигается нагревом слоя обрабатываемого материала вихревными токами до расплавления, сбором и перераспределением его в ограниченном объеме, формированием обработанной поверхности и удалением излишка расплавленного материала. Обработка материалов осуществляется устройствами, состоящими из термостойкого корпуса, накопителя, представляющий собой объем, ограниченный или со всех сторон, кроме стороны обращенной к обрабатываемой поверхности, или с четырех сторон, в зависимости от положения обрабатываемой поверхности и обрабатывающего устройства в пространстве, индуктора прямого действия, имеющего индуктирующий провод, электротермоизносостойкую изоляцию и магнитопровод с пазом, открытым на обрабатываемый объект, и охладителей. Устройство может иметь кроме основного охладителя дополнительный охладитель, встроенный в электротермостойкую изоляцию индуктора и в корпус, различной конструкции выпускные отверстия, сообщающиеся с накопителем и позволяющие при их заполнении создавать дополнительное давление на формируемый расплавленный материал. Основание стенки (задней) накопителя, за которой расположен основной охладитель, отстоит наружу эквидистантно на толщину снимаемого слоя от поверхности изоляции индуктора. Поверхность охладителя, соприкасающаяся с формируемым материалом, повторяет геометрию основания задней стенки накопителя и является ее продолжением. Накопитель устройства находится в зоне действия индуктора.

При обработке какой-либо поверхности устройство для обработки соответствующей конструкции устанавливают на термостойкую подкладку, имеющую участок поверхности с геометрией поверхности, которую нужно получить при обработке, глубиной равной толщине снимаемого слоя, и обрабатываемый объект. Переднюю часть устройства с индуктором размещают над обрабатываемой поверхностью, при этом задняя стенка накопителя отстоит от края обрабатываемой поверхности на некотором расстоянии, индуктор включают в цепь источника тока и начинают перемещать устройство по обрабатываемой поверхности. Используя тепловое действие индуктируемых вихревых токов, обрабатываемый материал нагревают и расплавляют, скорость перемещения выбирают таким образом, что при прохождении над краем обрабатываемой поверхности накопителя глубина оплавления обрабатываемого материала превышает толщину снимаемого слоя. Расплавленный обрабатываемый материал либо под действием силы тяжести, либо принудительно, воздействуя передней поверхностью задней стенки накопителя, собирают в накопитель. Ванна расплава находится в зоне эффективного действия вихревых токов индуктируемых индуктором и дополнительно подогревается. При движении устройства расплав разделяют, частью расплава заполняют пространство между основанием задней стенки и нерасплавленным обрабатываемым материалом, формируют и охлаждают, получая обработанную поверхность. Другой частью расплавленного материала, находящейся в накопителе и выпускных отверстиях, создают определенное давление и способствуют лучшему заполнению расплавом и формированию обработанной поверхности. Излишек расплава удаляется из накопителя через выпускные отверстия. Режимы обработки подбираются эмпирическим путем.

На фиг.1 изображена схема обработки горизонтальной поверхности; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 схема обработки вертикальной поверхности, при перемещении обрабатывающего устройства снизу вверх; на фиг.4 схема обработки вертикальной поверхности при перемещении обрабатывающего устройства по горизонтали; на фиг.5 разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 схема обработки поверхности с потолочным положением обрабатываемого устройства; на фиг.7 разрез В-В на фиг.6.

Обработку объекта, например из стали 95х18, с низким коэффициентом обрабатываемости в сравнении со сталью 45, коэффициент обрабатываемости стали 95х18 составляет 0,45 после отжига и 0,12 после закалки и отпуска, осуществляют следующим образом. По поверхности обрабатываемого объекта 1 перемещают устройство для обработки, имеющее индуктор с магнитопроводом 2, из листовой электротехнической стали с пазами, открытыми со стороны изоляции, соприкасающейся с обрабатываемой поверхностью, электротермоизносостойкой изоляцией 3 и медным водоохлаждаемым проводом 4, и медный водоохлаждаемый охладитель 5. Между охладителем и индуктором в корпусе устройства имеется накопитель 6 с задней стенкой 7. В начальной стадии обработки устройство устанавливают на термостойкую подкладку 8. Устройство может иметь каналы 9 и дополнительные охладители 10. Основание 11 задней стенки накопителя отстоит от обрабатываемой поверхности на толщину снимаемого слоя, затем индуктор включают в цепь источника тока, тепловым действием вихревых токов обрабатываемый материал нагревают и расплавляют. По расплавлении обрабатываемого материала 1 возле основания задней стенки 7 накопителя 6 на глубину большую, чем толщина снимаемого слоя, устройство начинают перемещать, расплавленный материал разделяют кромкой, образованной основанием и передней поверхностью задней стенки, частью расплава заполняют пространство между основанием задней стенки и нерасплавленным обрабатываемым материалом, другую часть расплава собирают в накопителе 6, создают запас расплава и давление им на часть раcплава, учаcтвующую в формировании обработанной поверхноcти. Формируемый расплавленный материал при дальнейшем движении устройства подают под охладитель 5, соприкасающаяся с формируемым материалом, поверхность которого имеет такую же геометрию, что и основание задней стенки 7 накопителя, и является продолжением основания задней стенки, охлаждают до отвердевания, образуя требуемую поверхность, например, гребнистую поверхность на фиг.1.

Устройство для обработки может иметь дополнительные боковые стенки 12 (фиг.2 и 7), предотвращающие растекание расплава, каналы 9 и выпускные отверстия 13 (фиг.4 и 7), дополнительные охладители 10 как по периметру корпуса, так и местные, например, встроенный в изоляцию индуктора (фиг.5).

Расчеты индуктора, магнитопровода, сечения индуктирующего провода, его охлаждения, выбор толщины электротермостойкой изоляции осуществляют по известным формулам.

Изобретение позволяет осуществить обработку крупногабаритных и протяженных объектов, труднообрабатываемых материалов и получение фасонных поверхностей без использования режущего инструмента.

Формула изобретения

1. Способ обработки материалов, включающий индукционный нагрев обрабатываемого материала выше температуры плавления, собирание расплавленного материала в ванну и перемещение обрабатываемого участка и индуктора относительно друг друга, отличающийся тем, что нагрев ведут на глубину большую, чем толщина снимаемого слоя, расплавленный материал собирают в накопителе, частью расплавленного материала, примыкающего к обрабатываемому участку, заполняют пространство между нерасплавленным обрабатываемым материалом и основанием формирующей стенки накопителя, охлаждают и формируют обработанную поверхность, а другой частью расплавленного материала поддерживают уровень ванны в накопителе для создания дополнительного давления, избыток же материала удаляют.

2. Устройство для обработки материалов, содержащее термостойкий корпус, индуктор прямого действия, имеющий магнитопровод, индуктирующий провод и электротермоизносостойкую изоляцию, и охладитель, отличающееся тем, что оно снабжено накопителем из термоизностойкого материала, устроенным за индуктором в зоне эффективного действия вихревых токов, при этом полость накопителя ограничена с четырех либо с пяти сторон.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что при обработке вертикальных и потолочных поверхностей материалов в накопителе выполнены выпускные отверстия для создания давления и удаления расплавленного материала, сообщенные с основной полостью накопителя вертикальными каналами и расположенные на высоте, прерывающей любую точку формируемого слоя обрабатываемого материала.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что основание формирующей задней стенки накопителя расположено от поверхности электротермоизностойкой изоляции индуктора в сторону обрабатываемого материала на толщину удаляемого слоя материала.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что задняя стенка накопителя, используемая для перемещения, разделения и формирования расплавленного материала, выполнена шириной, не превышающей эффективной ширины нагрева индуктора, определяемой как ширина полосы, боковые линии которой проходят по наиболее удаленным боковым точкам индуктирующего провода.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными охладителями, встроенными в корпус устройства и изоляцию индуктора для предотвращения вытекания расплавленного материала из зоны расплавления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7