DE1894592U

DE1894592U - Vorrichtung fuer die ultraschallbearbeitung von hartwerkstoffen.

Info

Publication number: DE1894592U
Application number: DE1964U0004281
Authority: DE
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1963-01-23
Filing date: 1964-01-23
Publication date: 1964-06-11
Also published as: BE642908A

Description

PATENTANWALT

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen (Westf.), Postfach325 Oranienstraße 14

64 021 Ke/schö

P.A. 052 836*23.1.64

Telefon: 22802

Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten:

Köln 106931, Essen 20362 Bankkonten:

Deutsche Bank AG.,

Filialen Siegen u. Oberhausen (Rhld.J

22. Januar 1964

UIITBD KINGDOM ATOMIC EHERGY AUTHORITY, Patents Branch, 11-12, Charles II Street, 1 0 N D 0 H, Sf 1, England

IPür diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Hr.2945/63 vom 23. Januar 1963 "beansprucht.

Torrichtung für die Ultraschallbearbeitung von Hartwerkstoffen

Die Neuerung bezieht sich auf Yorrichtungen und Maschinen für die Ultraschallbearbeitung von Hartmaterialien, bzw. Harstoffen, wie beispielsweise Keramikstoffen.

Das Ultraschallbohren von Hartstoffen ist wohlbekannt, und "bei dem herkömmlichen Bohrverfahren wird eine Sonde aus Flußstahl oder rostfreiem Stahl bzw. Edelstahl mit einem Ultraschallgenerator in Tätigkeit gesetzt oder aktiviert und eine Schleifpaste bzw. -aufschlämmung, z.B. Karborund oder Borcarbid, zwischen der Sonde und dem Werkstück vorgesehen oder zugeführt.

Bei den bekannten Verfahren können insofern Schwierigkeiten auftreten, als die Bohr- bzw. Durchdringungsgeschwindigkeit in Tiefen von über 1/4" (ca. 6 mm) erheblich nachläßt und oft bei Tiefen 3/4" (ca. 19 mm) die Bohrwirkung völlig aufhört. Außerdem können die Abmessungen des Werkstücks infolge der erheblichen Abnutzung der Sonde während des Betriebs nicht in engen Toleranzen gehalten werden.

Beim Gegenstand der !Feuerung erfolgt die maschinelle Bearbeitung von harten Werkstoffen so, daß eine mit Schleifmittel imprägnierte Sonde durch Ultraschall aktiviert wird, wobei ein Werkstück relativ zur Sonde bewegt und ein Kühlmedium zwischen Sonde und Werkstück zugeführt wird.

Eine Ultraschallvorrichtung gemäß der Feuerung weist zu diesem Zweck eine mit Schleifmittel imprägnierte Sonde auf, einen Ultraschallgenerator zum Aktivieren der Sonde, Klemmeinrichtungen für ein Werkstück, Mittel, durch welöhe das

Werkstück relativ zur Sonde zu bewegen ist, sowie Mittel zum Liefern eines Kühlmediums zwischen Sonde und Werkoberfläche .

Gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung ist die Sonde diamantimprägniert. .

Vorzugsweise ist die Sonde, zylindrisch und an ihrer Endfläche und entlang einem Teil ihrer Umfangsflache imprägniert* Die Sonde kann fest sein und Rinnen oder Abflachungen aufweisen, die an ihrer Umfangsflache für die Lieferung von Kühlmittel und zum Erleichtern baw. Beschleunigen der Beseitigung von Abfallmaterial gebildet sind, oder es kann alternativ eine hohle Sonde verwendet werden, wobei die Bohrung als Kühlmittelkanal dient.

Eine vorgezogene Sondenform weist einen länglichen rohrförmigen Schaft und einen diamantimprägnierten Spitzenabschnitt auf, wobei die Spitze eine oder mehrere Kinnen an ihrer TJmfangsfläche hat, sowie eine oder -mehrere leitungen, die zwischen der Bohrung des Schaftes und seiner Endfläche eine Terbindung herstellen. Die Rinnen können parallel zueinander und zur Achse der Sonde angeordnet sein, und die Leitungen sind außermittig relativ zur Stirnfläche angeordnet und vorzugsweise zur Achse der Sonde geneigt.

' Die leuerung soll nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt:

Mg. 1 einen sehematisehen Aufriß einer Ultra-

sohall-Bohrmasehihe, Fig. 2 einen in der Mitte geschnittenen Aufriß

der Werkstuek-Klemmanordnung der in üg.1

gezeigten Maschine,, !ig. 3 einen Mittelschnitt einer vorgezogenen

!orm der Ultraschallsonde, während J¹Ig. 4 einen Grundriß entlang der linie IY-IY.

von !ig. 3 darstellt.

Gemäß !ig. 1 weist eine Ultraschall-Bohrmaschine einen 500-W-Ultraschallgenerator 1 auf, der für eine Yertikalbewegung in einem !ührungskopf 2 angebracht ist, welcher an einem herkömmlichen Säulenbohrmaschinenständer 3 befestigt ist. Der. Generator 1 liefert eine ständig veränderbare !requenz im Bereich von 16 und 24 kHz und aktiviert eine Sonde 4, die in einem Sondenhalter 5 gehalten wird.

Die Yertikalbewegung des Generators 1 wird durch ein Gegengewicht 6 gesteuert, welches an einem flexiblen Kabel 7 gehalten wird, das über Rollen oder Scheiben 8 und führt und am oberen Ende des Generators befestigt ist.

Der Betriebsdruck an der Sonde kann durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Gewichten zu bzw. von dem Gegengewicht 6 oder durch Anbringen von Gewichten über dem Generator 1 verändert werden.

-Die Abwärts-Yorschubgesehwindigkeit des Generators ist durch eine hydraulische Yorschubsteuereinheit 31 begrenzt Die Steuereinheit ruht auf einer Plattform 32, die an dem Ständer 3.befestigt ist, und weist einen Kolben auf, der in einem Yertikalzylinder beweglich ist, wobei der Zylinder obere und untere Strömungsmittel enthaltende Kammern in der Einheit miteinander verbindet. Der Kolben ist durch eine Stange 33 mit dem Gegengewicht 6 verbunden.

Eine Eohrsohleife, welche Strömungsmittelrohre 34> 35 aufweist, und ein einregelbäres Nadelventil (nicht gezeigt) verbindet^ die obere(n) und untere(n) Strömungsmittel enthaltenden Kammern und liefert bzw. bildet eine Anordnung, durch welche die Geschwindigkeit oder Rate der Kolbenbewegung in den Zylinder durch Ändern der Rate.oder Geschwindigkeit des Ablassens oder Ausfliessens von Strömungsmittel aus

kann der oberen in die untere Kammer verändert werden^ Im Betrieb wird der Kolben durch das Gewicht des Generators, welcher über das Gegengewicht 6 wirkt, nach oben gezogen, wobei seine Bewegungsgeschwindigkeit durch das.Ablassen oder Ausfliessen von Strömungsmittel gesteuert wird.

Eine zweite Rohrs chi eife (nicht gezeigt)-, die mit einem Rückschlagventil und mit einem einfaeher^IK/AUS-Yentil versehen ist, verbindet ebenfalls die obere und die untere Strömungsmittelkammer, um ein rasches Zurückkehren des Kolbens in seine unterste Stellung zuzulassen, wenn der Generator angehoben wird, um eine Sonde von einem Werkstück zu entnehmen.

Ein Tierbacken-Drehfutter 10 ist an einem Maschinentisch 11 angebracht und wird durch einen Elektromotor 12 von 1/8 PS über einen Riemen 13 und Scheiben 14 und 15 angelrieben. Das Putter sollte mit dem Sondenhalter 5 genau ausgefluchtet sein.

Gemäß -^ig. 2, die die Spannfutteranordnungen mehr im einzelnen darstellt, ist das !Futter 10 zentriert und in der herkömmlichen Weise durch Schrauben (nicht gezeigt) an einem Hüllenbauteil 16 befestigt, welcher wiederum antreibbar an einer Tertikaispindel 17 befestigt ist. Die Spindel 17 ist in einem Kugellager 18 gelagert, welches in einer Aussparung untergebracht ist, die in der oberen fläche eines .Halteblocks 19 vorgesehen ist, welcher in einem Kühlmittel-Abflußtank 20 angeordnet ist. Der Tank 20 ist an dem Tisch 11 befestigt. Eine Leitung 21 wirkt als Abfluß für den Tank 20 und führt Kühlmittel zurück zu einer Pumpe für den tiederumlauf. um zu verhindern, daß Kühlmittel 4-&

in das lager 18 eintritt, ist eine Abdichtung 22 zwischen der Spindel und der unteren Fläche des Hüllenbauteils 16 vorgesehen, und- die untere Kante des Hüllenbauteils ist abgestuft, um den Halteblock 19 zu überlappen oder zu übergreifen.

Das untere Ende der Spindel 17 führt durch eine Axialbohrung im Tisch 11 und ist in einer mit Öl imprägnierten Buchse 23 gelagert.

Die Sonde kann entweder massiv oder hohl sein und ist mit'einem Schleifmittel imprägniert, um eine Schneide— oder Schleiffläche zu bilden, so zum Beispiel mit Diamantstaub. Massive Sonden sind mit Mitteln ausgebildet, welche einen Kühlmittelstrom nach der Werkstückoberfläche zulassen, z.B. mit einer oder mehreren Rinnen in der Umfangsfläche der Sonde, so daß Kühlmittel in den Rinnen hinunterströglmen kann und Schleifspäne von der Oberfläche des Werkstücks weggespült werden können. Bei Sonden mit kleinem Durchmesser ha-

eln ^kleine.- -

ben sich zwei diametral/ander gegenüberliegende/Abflachungen, die in der Sonde gebildet sind, als geeignet für die Verwendung bei einer tiefen Durchdringung eines Werkstücks geeignet erwiesen. -

Bei einer hohfen Sonde, d.h. einer Sonde, die sich für das Hohlbohren eignet, kann Kühlmittel durch die Mittelbohrung mit Hilfe eines geeigneten Sondenhalters oder Adapters

zugeführt werden, und eine mit Binnen -versehene Außenfläche ist nicht unbedingt notwendig, aber die Verwendung von Rinnen ist vorteilhaft, wenn eine hohle Sonde für das Tiefbohren verwendet wird, Bei beiden Sondenarten ist der Durchmesser
.des Schaftes vorzugsweise etwas kleiner als der Durchmesser der imprägnierten Spitze^,damit ein Zwischenraum für den Kühlmittelstrom geliefert wird.

Die in lig. 3 dargestellte Sonde ist besonders geeignet für die Verwendung beim Bohren von tiefen Sacklöchern
mit flachem Boden und weist einen hohlen Schaft 24 aus Silberstahl auf, einen diamantimprägnierten Spitzenabschnitt
25, der im Durchmesser etwas größer als der Schaft ist,
wobei der Spitzenabschnitt die Endfläche oder Stirnseite
26 und einen Teil der TJmfangsflache 27 einschließt, und Rinnen 28 an der Umfangsflache und Leitung 29 zwischen einer
Schaftbohrung 30 und der Endfläche bzw. Stirnseite 26 eine Verbindung bilden. Die Rinnen 28 sind vier an der Zahl und
parallel zueinander und zur Achse der Sonde angeordnet.
Die Leitungen 29 sind außermittig angeordnet und zur Achse
der Sonde geneigt, um zu verhindern, daß irgendeine Hohlbohrtendenz während der Verwendung auftritt. Im Betrieb ist diese Sonde mit druckbeaufsehlagtem Kühlmittel versehen, wobei das Kühlmittel durch den Schaft abwärts strömt und die
Schleifspäne über die Rinnen weggespült werden.

Die vorstehend Id es ehr i ebene Maschine ist zum Bohren γοη Löchern unterschiedlicher G-röße Ittc gesinterten Urandioxyd-Preßlingen, wie sie bei Kernbrennstoffen verwendet werden, benutzt worden. Z^m Beispiel können Löcher von 1/8" (ca. 3,18 mm) unter Verwendung einer^hohlen diamantimprägnierten Sonde und Paraffin als Kühlmedium gebohrt werden, lei diesem Beispiel wurde das Werkstück mit 150 Umdrehungen pro Minute gedreht, der Druck an der Sonde auf 800 g eingestellt, die Generatorleistung auf 300 Milliampere eingestellt, und das Loch auf eine liefe von 0,10" ( 2,54 mm) unter Verwen-/ dung einer Vorschubrate von 0,05O¹¹' (12,70 mm) pro Minute gebohrt. Bei einer Tiefe von 0,10" (2,54 mm) wurden die Einstellungen geändert, um eine Drehzahl von 200 Umdrehungen pro Minute, einen Druck auf der Sonde von 1600 g, eine G-eneratorleistung von 0,600 Milliampere und eine Vorschubrate von 0,100" (2,540 mm) pro Minute zu liefern. Die Vorschubrate kann weiter auf 0,200" (5,08 mm) pro Minute durch Erhöhen der Generatorleistung auf 0,800 Milliampere erhöht werden.

Es ist ersichtlich,daß die Drehzahlen und der Druck auf der Sonde sich mit Änderungen im Sondendurchmesser ändern, und so können bei' einer Sonde von 0,030· (ca. 0,76 mm) Durchmesser, einer Drehzahl von 300 Umdrehungen pro Minute, einem Druck von 35Og und einer .G-eneratorleistung von 0,300 Milliampere saubere .parallele Löcher miteiner Vorschubrate

von 0,500" (12,7 mm) pro Minute gebohrt werden.

Es "besteht die Möglichkeit, eine feste bzw. massive Sonde zu verwenden, während das Werkstüe'k achsverschoben gedreht wird, und somit einen Hohlbohr-Arbeitsgang zusätzlich zu der normalen Hohlbohrtätigkeit einer hohlen Sonde herzustellen. Die Maschine kann außerdem zur Bildung von Ringnuten und zum Gewindeschneiden durch Drehen und Befördern des Werkstücks im rechten Winkel.zu einer geeignet geformten Sonde verwendet werden.

Die Neuerung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Schutzanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche feuerungsmerfcmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in derfeesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Schutzansprüche

Claims

1. Ultraschallvorrichtung oder -werkzeug mit einer Sonde, einem Ultraschallgenerator zum Aktivieren der Sonde, einer Klemmvorrichtung für ein Werkstück und einer Vorrichtung, durch welche das Werkstück relativ zur Sonde zu bewegen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde mit einem Schleifmittel imprägniert ist und Mittel vorgesehen sind zum liefern eines nicht- ' schleifenden Kühlmediums zwischen Sonde und Werkstück.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde diamantimprägniert ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde zylindrisch ist und an ihrer Stirnseite und entlang einem Pfeil ihrer Umfangsflache imprägniert ist.

4. Ültrascliallwerkzeug nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde massiv ist und mit Binnen oder AlDflachungen an ihrer Umfangsfläche für die Lieferung von Kühlmittel und das Beseitigen von Abfallmaterial versehen ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde mit einem länglichen rohrförmigen Schaft und einem diamantimprägnierten Spitzenabsohnitt versehen ist, wobei die Spitze eine oder mehrere Rinnen auf ihrer Umfangsfläche und eine oder mehrere leitungen aufweist, die zwischen der Bohrung des Schaftes und seiner Stirnseite eine Verbindung herstellen "bzw. in Verbindung stehen.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen parallel zueinander und zur Sondenachse angeordnet "sind und-die Leitungen, welche mit der Bohrung und der Stirnseite in Verbindung stehen, außermittig relativ zur Stirnseite und geneigt zur Sondenachse angeordnet sind«