Пристрій для ультразвукової обробки поверхні довгомірних виробів

Пристрій для ультразвукової обробки поверхні довгомірних виробів, який містить послідовно з'єднані ультразвуковий генератор, п'єзокерамічний перетворювач, трансформатор коливальної швидкості (ТКШ) та ударні інструменти, який відрізняється тим, що на станині встановлено на підшипнику диск, з яким жорстко з'єднано напрямну і трубчатий вал з контактними кільцями, механізм регульованого обертання трубчатого вала, механізм протяжки оброблюваного виробу та гальмівний елемент, а на диску розміщено позиційний елемент, на якому в вузлових перерізах закріплені ТКШ і акустичний відбивач (АВ), на торцях яких жорстко закріплені ударні інструменти, робочі поверхні яких виконані у формі увігнутого зрізаного циліндра, твірна якого перпендикулярна до осі ТКШ і АВ. (19) (21) a200709294 (22) 15.08.2007 (24) 10.04.2009 (46) 10.04.2009, Бюл.№ 7, 2009 р. (72) МОРДЮК БОГДАН МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ПРОКОПЕНКО ГЕОРГІЙ ІВАНОВИЧ, UA, СКИБА ІГОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, ХРІПТА НАТАЛІЯ ІГОРІВНА, UA, РУДОЙ ПИЛИП ЕРІКОВИЧ, UA, ДРИНЬ ОЛЕКСАНДР ОЛЕГОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ ІМ. Г.В.КУРДЮМОВА НАН УКРАЇНИ, UA (56) UA 79670 C2, 10.07.2007 SU 1258679 A1, 23.09.1986 JP 1199758, 11.08.1989 EP 1038977, 27.09.2000 WO 2005042206 A1, 12.05.2005 UA 9175 U, 15.09.2005 3 швидкості (ТКШ) і державку в формі спрямівного стакану з отворами на вихідному кінці, в яких розміщені ударні інструменти, що мають форму ступінчатих стрижнів, а державка виконана з можливістю її вільного обертання навколо ТКШ і встановлена на його кінці за допомогою пружини, при цьому отвори на вихідному кінці державки розміщені з нерівномірним зміщенням їх центрів від симетричного сотового положення, а інструменти в своїй верхній частині мають форму, яка плавно розширюється до торця, і між ними і торцем ТКШ встановлена пластина з високоміцного матеріалу. Недоліком відомого пристрою є те, що конструкція не забезпечує контрольованої контактнозсувної схеми навантаження при обробці плоскої поверхні, а лише створює можливість для вільного нерегульованого обертання державки з ударними інструментами в процесі обробки відносно оброблюваної плоскої поверхні. Обертання головки навколо осі ТКШ має хаотичний характер, що разом з неконтрольованістю коливань ударних інструментів, конструктивно розміщених поблизу торця ТКШ, призводить до значної залишкової шорсткості та нерівномірності структури та мікротвердості поверхневого шару оброблюваного виробу, що не забезпечує необхідні корозійну та релаксаційну стійкість, втомну довговічність та строк служби виробу. Крім того, конструкція відомого пристрою унеможливлює обробку виробів круглого перерізу малого діаметру. Відомо ультразвуковий пристрій для зміцнення та наноструктуризації поверхні металів [Патент України №9175 МКП7 В24В1/04, В24В39/00, Бюл. „Промислова власність” №9, 2005], який взято за прототип, що містить послідовно з'єднані ультразвуковий генератор, п'єзокерамічний перетворювач, трансформатор коливальної швидкості (ТКШ) і головку в формі стакана з отворами в донній частині, в яких розташовані стрижневі ударні інструменти з конічними потовщеннями на верхніх кінцях, а головка має можливість вільного обертання навколо осі, п'єзоелектричний перетворювач розміщено в герметичному корпусі з штуцером в верхній частині для подачі стисненого повітря та отвори в середині для безперешкодного проходження повітря до головки, яка має кільцеву проточку на зовнішній поверхні, можливість обертання в державці на кулях, що розміщені в отворах в нижній частині державки головки і притиснуті кільцевою плоскою пружиною, а головка має канали, які розташовані поблизу її донної частини під кутом а 40-45° до поперечної осі ТКШ. Основним недоліком відомого пристрою є те, що конструкція відомого пристрою унеможливлює обробку довгомірних виробів круглого перерізу малого діаметру. Технічною задачею винаходу, що заявляється, є створення пристрою для ультразвукової обробки поверхні довгомірних виробів, який забезпечить рівномірну обробку поверхні оброблюваного виробу круглого перерізу та суттєво підвищить його корозійну та релаксаційну стійкість, втомну довговічність і строк служби. 86299 4 Поставлена задача вирішується за рахунок того, що пристрій для ультразвукової обробки поверхні довгомірних виробів містить послідовно з'єднані ультразвуковий генератор, п'єзокерамічний перетворювач, трансформатор коливальної швидкості (ТКШ) та ударні інструменти, причому на станині встановлено на підшипнику диск, з яким жорстко з'єднано напрямну і трубчатий вал з контактними кільцями, механізм регульованого обертання трубчастого валу, механізм протяжки оброблюваного виробу та гальмівний елемент, а на диску розміщено позиційний елемент, на якому в вузлових перерізах закріплені ТКШ і акустичний відбивач АВ, на торцях яких жорстко закріплені ударні інструменти, робочі поверхні яких виконані у формі увігнутого зрізаного циліндра, твірна якого перпендикулярна до осі ТКШ і АВ. Перевагою пристрою є, те що він забезпечує значне підвищення рівномірності обробки за рахунок контрольованої контактно-зсувної схеми високочастотного ударного навантаження та прецизійного встановлення чотирьох параметрів обробки сили притиснення ударних інструментів до поверхні оброблюваного виробу (Рст), амплітуди їх коливань (А), співвідношення швидкості поздовжнього переміщення оброблюваного виробу ( u ) і кутової швидкості обертання акустичної системи ( w ), оптимальні величини яких забезпечують високі релаксаційну та корозійну стійкість, втомну міцність та строк служби довгомірних виробів круглого перерізу. Сутність винаходу пояснюється рисунками, де на Фіг.1 показаний вузол навантаження пристрою, кресленням ударного інструменту (Фіг.2), схемою позиціонування ударних інструментів (Фіг.3) та схемою (Фіг.4) конкретного виконання пристрою для ультразвукової обробки. Пристрій (Фіг.4) містить послідовно з'єднані ультразвуковий генератор (не показаний), п'єзокерамічний перетворювач 1, трансформатор коливальної швидкості (ТКШ) 2 та ударні інструменти 3, а на станині 4 встановлено на підшипнику 5 (наприклад опорному) диск 6, з яким жорстко з'єднано направляючу 7 і трубчатий вал 8, наприклад його верхньою частиною, з контактними кільцями 9, наприклад в його середній частині, механізм регульованого обертання 10 трубчастого валу 8, наприклад в його нижній частині, механізм протяжки 11 оброблюваного виробу 12 та гальмівний елемент 13, а на диску 6 розміщено позиційний елемент 14, на якому в вузлових перерізах закріплені ТКШ 2 і акустичний відбивач (АВ) 15, на торцях яких жорстко закріплені ударні інструменти 3, робочі поверхні яких виконані у формі увігнутого зрізаного циліндра, наприклад шириною h в напрямку переміщення оброблюваного виробу 12 і радіусу d/2 (Фіг.2), твірна якого перпендикулярна до осі ТКШ 2 і АВ 15. Живлення п'єзокерамічного перетворювача 1 від ультразвукового генератора (не показаний) здійснюється наприклад через щіткові контакти 16 і контактні кільця 9, а механізм протяжки 11 оброблюваного виробу 12 наприклад містить конічний барабан 17, шків 18 і циліндричний барабан 19, з'єднаний з гальмівним елементом 13. Пристрій працює наступним чином. 5 86299 Перед обробкою провадять заправку оброблюваного виробу 12 всередину направляючої 7, розміщеної на диску 6 в поздовжній порожнині трубчастого валу 8, між робочими поверхнями ударних інструментів 3. Потім за допомогою позиційного елемента 14 встановлюють необхідне положення АВ 15 відносно поверхні оброблюваного виробу 12 та ТКШ 2 (Фіг.3), а робочі поверхні ударних інструментів 3 нормовано притискають до поверхні оброблюваного виробу 12 з необхідною силою Рст (Фіг.1). Після цього включають ультразвуковий генератор (не показаний), з якого через щіткові контакти 16 і контактні кільця 9 подають живлення на п'єзокерамічний перетворювач 1 і встановлюють необхідну амплітуду коливань А Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 6 (Фіг.1) робочих поверхонь ударних інструментів 3. Потім з варіатора (не показаний) подають живлення на механізм обертання 10 трубчастого валу 8 з диском 6 і ТКШ 2 та АВ 15 на ньому, встановлюючи необхідну кутову швидкість обертання со. Надалі подають живлення на механізм протяжки 11 та гальмівний елемент 13, які призводять до осьового переміщення оброблюваного виробу 12 з необхідною швидкістю v з циліндричного барабана 19 між робочими поверхнями ударних інструментів 3 по шківу 18 на конічний барабан 17. Пристрій для ультразвукової обробки поверхні довгомірних виробів може бути виготовлений в лабораторних і промислових умовах. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601