Пристрій для ультразвукової ударної обробки металів

1 Пристрій для ультразвукової ударної обробки металів, який містить послідовно з'єднані ультразвуковий генератор, п'єзокерамічний перетворювач, трансформатор коливальної швидкості (ТКШ), головку у вигляді стакана, встановлену з можливістю и вільного обертання навколо осі ТКШ і з отворами у донній частині, в яких розташовані стрижневі ударні інструменти з конічними потовщеннями на верхніх кінцях, а між інструментами і торцем ТКШ знаходиться пластина із високоміцного матеріалу, який відрізняється тим, що у вузлі коливань на ТКШ закріплений пластмасовий контейнер, заповнений м'яким пористим матеріалом, який насичено мастильною і охолоджуючою рідиною (ЗОР), а на нижній частині ТКШ виконаний циліндричний виступ, розташований поблизу нижнього краю контейнера, який має висоту від 2 до 4 мм, а ЗОВНІШНІЙ діаметр від 1,2 d до 1,4 d, де d діаметр нижньої частини ТКШ 2 Пристрій по п 1, який відрізняється тим, що він має набір змінних головок з різними за розміром, КІЛЬКІСТЮ та порядком розташування отвірами для ударних інструментів О Винахід відноситься до технологічного застосування ультразвукових коливань (УЗК) для високочастотної зміцнюючої і релаксаційної обробки і може використовуватися в машинобудуванні, мостобудуванні, суднобудуванні та інших галузях промисловості, пов'язаних з виробництвом зварних конструкцій відповідального призначення при розробці ефективних методів й устаткування для підвищення якості, надійності та ДОВГОВІЧНОСТІ об'єктів, які експлуатуються в умовах динамічного та вібраційного навантаження Відомо про пристрій для обробки металів за допомогою ультразвуку на базі магнітострикційного перетворювача, який містить послідовно з'єднані перетворювач, трансформатор коливальної швидкості (ТКШ) і головку у формі направляючого стакану з отворами в донній його частині, в яких розташовані інструменти, що мають форму ступінчатих стрижнів, при чому головка прикріплена до фланця, що розташований у вузловій площині ТКШ, а стрижні в ньому мають можливість осьового зміщення перпендикулярно оброблюваній поверхні (Авт свідоцтво СРСР № 472782, Бюл №21, 1975, с 40) Головним недоліком даного пристрою є те, що головка нерухомо закріплена у вузловій площині ТКШ, що призводить до нерівномірної обробки поверхні металу багатобойковими інструментами Окрім цього стрижневі інструменти працюють у важких умовах високочастотного ударного навантаження, піддаються зношуванню та втомному руйнуванню , а їх заміна потребує досить тривалого часу, що знижує продуктивність обробки Використання магнітострикційного перетворювача для малогабаритних технологічних установок також має свої недоліки, оскільки дані перетворювачі потребують примусового охолодження водою, що ускладнює конструкцію і експлуатацію пристрою та підвищує вартість устаткування, Вказані недоліки в значній мірі ліквідовані в ультразвуковому пристрої для деформаційного зміцнення, який є найбільш близьким по технічному вирішенню до винаходу, який пропонується, і містить послідовно з'єднані перетворювач ТКШ і головку в формі стакану з отворами в донній частині, в яких розташовані інструменти Головка встановлена на торцевій частині ТКШ з можливістю вільного обертання навколо поздов (О со Ю 47536 обробці роблять циліндричний виступ, за допоможньої осі і утримуються на ньому за допомогою гою якого подовжні ультразвукові коливання перекільцевої пружини, яка входить у відповідну протодаються у ЗОР Наявність цього виступу значно чку на кінцевій частині ТКШ, а між інструментами і прискорює охолодження інструментів і зони оброторцем ТКШ знаходиться пластина із високоміцнобки ЗМІННІ ГОЛОВКИ розширюють технологічні можго матеріалу (Патент України № 13936, 25 04 97, ливості пристрою При цьому можна застосовуваБюл №2), Недоліком даного ультразвукового прити однобойкові, однорядні та багатобойкові строю є те, що при тривалій роботі більше 3 - 5хв головки з різним діаметром і КІЛЬКІСТЮ ударників, а інструменти і головка розігріваються за рахунок їх вибір залежить від умов обробки, типу зварних поглинання енергії ударів до температур, вищих за з'єднань і механічних властивостей оброблюваних 100°С, після чого необхідно припинити роботу і матеріалів Застосування п'єзокерамічних переохолоджувати головку Окрім цього головки з сотворювачів дозволяє підвищити коефіцієнт користовим розташуванням інструментів в отворах мало ної дії (ККД) перетворення електричної потужності придатні для обробки зварних швів різної конфігув акустичну, зменшити вагу УЗ генератора і перерації і призначені головним чином для зміцнення творювача, усунути примусове охолодження остаплоскої поверхні, що обмежує технологічні можлинього та зменшити загальну вартість устаткування вості пристрою В основу винаходу поставлена для ультразвукової ударної обробки задача вдосконалення пристрою для ультразвукової ударної обробки металів шляхом примусового Винахід пояснюється кресленнями, де схемакраплинного охолодження ударних інструментів та тично зоображено пристрій для ультразвукової зони обробки, а також використання змінних голоударної обробки (Фіг 1 та Фіг 2) і типи змінних вок з різною КІЛЬКІСТЮ і діаметром інструментів, що головок (Фіг 3 - 8) Пристрій містить УЗ - генератор дозволяє, по-перше, збільшити тривалість робочо1, приєднаний до п'єзоелектричного перетворюваго циклу обробки і, по-друге, розширити технологіча, який складається із задньої стальної накладки чні можливості пристрою 2, п'єзокерамічних пластин 3, між якими розташований металевий електрод 4, і передньої накладки Поставлена задача розв'язується тим, що при5 із алюмінієвого сплаву До перетворювача пристрій для ультразвукової ударної обробки металів єднаний ТКШ 6, а на його тонкому КІНЦІ розташомістить послідовно з'єднані ультразвуковий геневана ударна головка 7 з прорізом для плоскої фіратор, п'єзокерамічний перетворювач, ТКШ, гологурної пружини 8, яка частково заходить у вку у вигляді стакану з можливістю її вільного обевідповідну кільцеву проточку на ТКШ Під його тортання навколо осі ТКШ і з отворами в донній рцем знаходиться пластина із високоміцного мачастині, в яких розташовані стрижневі ударні інтеріалу 9 яка утримується кільцевою ПРУЖИНОЮ струменти з конічними потовщеннями на верхніх 10 В отворах донної частини головки розташовані кінцях, а між інструментами і торцем ТКШ знахострижневі інструменти 11 з конічними потовщендиться пластина з високоміцного матеріалу, який нями на верхніх кінцях, їх нижні заокруглені КІНЦІ відрізняється тим, що у вузлі коливань на ТКШ контактують з виробом 12, який обробляється В укріплюється пластмасовий контейнер, заповнесередній частині тонкого кінця ТКШ міститься циний м'яким пористим матеріалом, який насищуєтьліндричний виступ 13 У вузлі коливань до ТКШ ся змащуючою і охолоджуючою рідиною (ЗОР), а прикріплено пластмасовий контейнер 14, заповнена тонкому КІНЦІ ТКШ міститься циліндричний виний м'яким пористим матеріалом 15, який насиступ, розташований поблизу нижнього краю кончено ЗОР тейнеру і має висоту від 2 до Змм, а ЗОВНІШНІЙ діаметр від 1,2d до 1,4d, де d - діаметр тонкої частини Переріз по А-А показує форму плоскої пружиТКШ Окрім цього пристрій має набір змінних голони 8, яка утримує головку на КІНЦІ ТКШ На Фіг З, вок, які налічують різну КІЛЬКІСТЬ, розміри та поряФіг 4 показана однобойкова головка 16, яка застодок розташування ударних інструментів совується для обробки важкодоступних місць, наприклад, при кутовому з'єднанні зварних швів На Пристрій, що пропонується, має ряд переваг Фіг 5, Фіг 6 приведена багатобойкова головка 17, Наявність контейнера з пористим матеріалом, яка застосовується, в основному, для обробки який насичено ЗОР, дозволяє здійснювати крапплоских об'єктів або поверхонь з великим радіусом линне охолодження зони обробки Але рідина, заокруглення R, який більше 100мм На Фіг 7, Фіг якою насичено пористий матеріал, не буде актив8 показана однорядна головка, яка застосовуєтьно охолоджувати інструменти і зону обробки, якщо ся, наприклад, для обробки вузької зони оплавтонкий кінець ТКШ буде гладким Ультразвукові лення між підсиленням зварного шва і основним коливання не будуть розповсюджуватись у цій металом рідині і охолодження буде здійснюватись лише за рахунок контакту між пористим матеріалом і кінПристрій, що пропонується, працює наступним цем ТКШ Конвекційні потоки рідини при цьому чином Перед обробкою нижні КІНЦІ інструментів 11 будуть відсутні Тому треба ввести в контейнер підводять у дотик з поверхнею виробу 12, який ультразвукові коливання Вони значно підвищать обробляється, і вся коливальна система, яка протікання рідини за рахунок відомого капілярного включає перетворювач 2 - 5, ТКШ 6 і головку 7 ефекту Він полягає в тому, що протікання рідини притискується до нього з силою 40 - 50Н Потім від крізь мікроскопічні отвори поліпшується за рахунок УЗ - генератора 1 на перетворювач подається дії ультразвуку Окрім цього рідина, що попадає на електрична напруга, яка збуджує в ньому подовжні поверхню, яка коливається з ультразвуковою часультразвукові коливання -20кГц ТКШ 6 підсилює тотою, розпилюється на дрібні краплинки Це друамплітуду коливань до 15 - 20мкм на його вільногий відомий ефект дії ультразвуку на рідинні серему торці Коливання торця ТКШ 6 передаються за довища Тому на тонкому КІНЦІ ТКШ при токарній рахунок ударної взаємодії пластині 9 і від неї ш 47536 струментам 11, які деформують поверхню виробу 12 Ультразвукові коливання циліндричного виступу 13 підсилюють приплив ЗОР до проміжку між вихідним кінцем ТКШ 6 і держаком 7 за рахунок прискорення руху рідини по капілярам пористого матеріалу 15 під впливом ультразвуку і розпилюють її По мірі використання ЗОР вона добавляється через отвори в контейнері 14 Для обробки виробів різноманітної конфігурації використовують різні типи головок однобойкову 16, багатобойкову 17 і однорядну 18 Зняття і установка головок здійснюється розведенням КІНЦІВ плоскої пружини 8, яка заходить в проточку на КІНЦІ ТКШ 6 за час 3 4сек Пристрій для ультразвукової ударної обробки металів може бути виготовлений промисловим способом Є діючий зразок цього пристрою ФІГ 1 Ї7 ФІГ. 6 47536 Фіг. 8 Фіг. 7 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71