Установка для лазерно-ультразвукової оздоблювально-зміцнювальної обробки

Реферат: Установка для лазерно-ультразвукової обробки металів має лазерний випромінювач з оптиковолоконним світлопроводом та ультразвуковий випромінювач з одним для суміщеної або багатобійковим для комбінованої термодеформаційної дії наконечниками, встановленими перпендикулярно або під кутом 30-45° до оброблюваної поверхні, та 4-координатний стіл з незалежними лінійними приводами та кроковими електродвигунами. Ультразвуковий наконечник, в який вмонтовано інструмент, виконаний у вигляді прозорих кулі та ролика або стрижнів з сферичним торцем, наприклад виготовлених із штучного кристала сапфіру або плавленого кварцу, відполірованих до Rz0,1 мкм. UA 79235 U (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОЇ ОЗДОБЛЮВАЛЬНО-ЗМІЦНЮВАЛЬНОЇ ОБРОБКИ UA 79235 U UA 79235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до безабразивної оздоблювально-зміцнювальної обробки поверхні металів і може бути використана в машино- та приладобудуванні. Відома установка для лазерно-ультразвукової обробки поверхні металів [Патент на корисну модель Росії № 88307, 10.11.2009], яка включає лазерний випромінювач, що оснащений оптиковолоконним світлопроводом, встановленим робочим кінцем перпендикулярно до обробленої поверхні, а ультразвуковому хвилеводі, який встановлений під кутом 45° до обробленої поверхні та з'єднаний з ультразвуковим випромінювачем через магнітострикційний перетворювач, виконано отвір діаметром 3-8 мм для проходження через нього оптоволоконного світлопроводу. Недолік запропонованої установки, складність використання хвилеводу з отвором діаметром 3-8 мм, розміщеним під кутом 45° до його вісі для підтримання оптимального зазору між робочим кінцем лазерного випромінювача і оброблюваною поверхнею, та можливим погіршенням шорсткості поверхневого шару. Відомий також як прототип, пристрій для створення регулярного мікрорельєфу, що містить корпус, в отворі якого розташований підп'ятник з деформуючою прозорою для лазерного випромінювання кулею і механізм навантаження у вигляді пружини [Заявка на корисну модель України № 05108, 10.10.2012]. Недолік даного пристрою - неможливість його використання для лазерно-ультразвукової оздоблювально-зміцнювальної обробки з використанням високочастотних коливань. В основу корисної моделі поставлена задача розроблення установки з пристроєм для здійснення суміщеного та комбінованого лазерно-ультразвукового зміцнення та оздоблювання поверхневого шару з можливістю сканування оброблюваної поверхні променем лазера. Поставлена задача вирішується тим, що установка має лазерний випромінювач з оптиковолоконним світлопроводом та ультразвуковий випромінювач з одним для суміщеної або багатобійковим для комбінованої термодеформаційної дії наконечниками, встановленими перпендикулярно або під кутом 30-45° до оброблюваної поверхні та 4-и координатний стіл з незалежними лінійними приводами та кроковими електродвигунами. Згідно з корисною моделлю, ультразвуковий наконечник, в якому вмонтовано інструмент, виконаний у вигляді прозорих кулі та ролика або стрижнів з сферичним торцем, наприклад виготовлених із штучного кристала сапфіру або плавленого кварцу, відполірованих до Rz0,1 мкм, що дозволяють використовувати різні схеми поверхневої обробки і сприяють утворенню субструктурного поверхневого шару з підвищеними механічними властивостями та якістю обробленої поверхні. На Фіг. 1, 2, та 3 схематично зображено схеми установки для суміщеної та комбінованої лазерно-ультразвукової оздоблювально-зміцнювальної обробки металевих поверхонь (1 ультразвуковий генератор, 2 - п'єзокерамічний перетворювач, 3 - концентратор, 4 - наконечник, 5 - куля, 6 - спеціальний пристрій, 7 - лазерний випромінювач, 8 - оптико-волоконний світлопровід, 9 - лазерна головка, 10 - кронштейн, 11 - стіл, 12 - лінійний привід (X), 13 - лінійних привід (Y), 14 - корпус, 15 - лазерний промінь, 16 - заготовка, 17 - пристрій для обертання заготовки, 18 - кроковий електродвигун, 19 - ЕОМ, 20 - ролик, 21 - заготовка, 22 - багатобійковий наконечник), а на Фіг. 4 схематично зображені схеми моделювання руху обробки плоских поверхонь (а - по довжині, б - в поперек, в - синусоїдальний, г - в поперек під кутом). Установка працює наступним чином. На корпусі 14 змонтовано лазерну головку 9 та ультразвукову коливальну систему за допомогою кронштейна 10 та спеціального пристрою 6, які переміщуються у вертикальному (Z) напряму за допомогою лінійного приводу. Стіл 11, з встановленим на ньому пристроєм 17 для надання обертового руху заготовці 16 від крокового електродвигуна 18переміщується за допомогою лінійних приводів 12, 13 в напряму повздовжньої (X) і поперечної (Y) подачі, відносно лазерного променя та ультразвукового інструмента. Через ультразвуковий наконечник 4, де закріплена прозора куля 5 або ролик 20, які отримують ультразвукові коливання від ультразвукового генератора 1 та концентратора 3 та обертові навколо вісі рухи одночасно направляється в зону обробки від лазерного випромінювача 7 через оптико-волоконний світлопровід 8 та лазерну головку 9 лазерний промінь 15, який приводить до миттєвого нагрівання пятна. Кут нахилу  та відстань l ультразвукової коливальної системи відносно лазерного випромінювання, яка складається із п'єзокерамічного перетворювача 2, конічного концентратора 3 та наконечника (однобійкового 4 та багатобійкового 22), змінюється за допомогою спеціального пристрою 6. Формування плями в лінію, яка утворена лазерним променем, здійснюється спеціальною оптичною головкою, що забезпечує перетворення Гаусового розподілу щільності в лінійне, рівним ширині сліду ультразвукової обробки наконечником 22 з рівномірним розподілом густини енергії по довжині плями. 1 UA 79235 U 5 Використання даної установки з суміщеною термодеформаційною дією лазерноультразвукових джерел дозволяє прискорити процес створення в поверхневому шарі визначеної величини щільності енергії, збільшити глибину термодеформаційної дії та здійснити формування в ньому субмікрокристалічних структур при одночасному поліпшенні якості обробленої поверхні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Установка для лазерно-ультразвукової обробки металів, що має лазерний випромінювач з оптико-волоконним світлопроводом та ультразвуковий випромінювач з одним для суміщеної або багатобійковим для комбінованої термодеформаційної дії наконечниками, встановленими перпендикулярно або під кутом 30-45° до оброблюваної поверхні, та 4-координатний стіл з незалежними лінійними приводами та кроковими електродвигунами, яка відрізняється тим, що ультразвуковий наконечник, в який вмонтовано інструмент, виконаний у вигляді прозорих кулі та ролика або стрижнів з сферичним торцем, наприклад виготовлених із штучного кристала сапфіру або плавленого кварцу, відполірованих до Rz0,1 мкм. 2 UA 79235 U 3 UA 79235 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4