RU213103U1

RU213103U1 - Radial ultrasonic pipe pressing machine

Info

Publication number: RU213103U1
Application number: RU2020128392U
Authority: RU
Inventors: Клим Андреевич Комаров; Сергей Михайлович Небогов; Дмитрий Александрович Трофимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Терра-сталь Групп"
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-08-25

Abstract

Полезная модель относится к технологии обработки металлов давлением с применением ультразвука и может быть использована при изготовлении полых изделий прессованием, например труб из нержавеющих сталей. Устройство содержит контейнер, матрицу, установленную в дисковый волновод, выполненный с двумя периферийными поверхностностями, пьезоэлектрические преобразователи и резонансную поддержку. Пьезоэлектрические преобразователи размещены на двух периферийных поверхностях дискового волновода, который смонтирован на резонансной поддержке. Резонансная поддержка выполнена в виде концентратора ультразвуковых колебаний. В результате обеспечиваются повышение эффективности передачи ультразвуковх колебаний в очаг деформации трубы и увеличение мощности воздействия ультразвука. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

The utility model relates to the technology of metal pressure treatment using ultrasound and can be used in the manufacture of hollow products by pressing, such as stainless steel pipes. The device contains a container, a matrix installed in a disk waveguide made with two peripheral surfaces, piezoelectric transducers and resonant support. Piezoelectric transducers are placed on two peripheral surfaces of a disk waveguide, which is mounted on a resonant support. Resonant support is made in the form of a concentrator of ultrasonic vibrations. As a result, an increase in the efficiency of transmission of ultrasonic vibrations to the pipe deformation zone and an increase in the power of ultrasound exposure are provided. 3 w.p. f-ly, 1 ill., 1 pr.

Description

Полезная модель относится к технологии обработки металлов давлением с применением ультразвука и может быть использована при изготовлении полых изделий прессованием, например труб из нержавеющих сталей.The utility model relates to the technology of metal pressure treatment using ultrasound and can be used in the manufacture of hollow products by pressing, such as stainless steel pipes.

Уровень техникиState of the art

Известна Установка для гидростатического прессования с применением ультразвука (А.С. СССР №619240, МПК В21С 27/00, опубл. 15.08.1978).Known Installation for hydrostatic pressing with the use of ultrasound (AS USSR No. 619240, IPC B21C 27/00, publ. 15.08.1978).

Установка содержит контейнер, выполненный в виде параллелепипеда, в котором расточены два отверстия, оси их пересекаются под прямым углом, причем одно из них выполнено сквозным. В вертикальное отверстие запрессована втулка, имеющая в верхней части каналы. По первому из них подается жидкость после окончания рабочего цикла, а второй соединяет полость с атмосферой. Втулка служит направляющей плунжера, который сжимает жидкость до давления, необходимого для осуществления процесса. Для ввода ультразвука в очаг деформации, в сквозное отверстие контейнера вставляют волновод, выполненный в виде цилиндрической втулки с размерами, кратными длине волны, причем волновод имеет два бурта, служащих для его центрации в отверстии контейнера, расположенных в узле колебаний. С торцов сквозное отверстие контейнера закрывается крышками с уплотнениями, с помощью, которых герметизируется рабочая полость. С одной стороны отверстия волновода запрессована матрица, а с противоположной стороны к торцу волновода присоединяется магнитострикционный преобразователь.The installation contains a container made in the form of a parallelepiped, in which two holes are bored, their axes intersect at a right angle, and one of them is made through. A bushing is pressed into the vertical hole, having channels in the upper part. The first of them supplies liquid after the end of the working cycle, and the second one connects the cavity with the atmosphere. The sleeve serves as a guide for the plunger, which compresses the fluid to the pressure required to carry out the process. To introduce ultrasound into the deformation zone, a waveguide is inserted into the through hole of the container, made in the form of a cylindrical sleeve with dimensions that are multiples of the wavelength, and the waveguide has two shoulders that serve to center it in the container hole, located in the vibration node. From the ends, the through hole of the container is closed with lids with seals, with the help of which the working cavity is sealed. A matrix is pressed on one side of the waveguide hole, and a magnetostrictive transducer is attached to the end of the waveguide on the opposite side.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность ультразвукового воздействия на зону деформирования. Магнитострикционный преобразователь имеет низкий КПД (20-25%). Этот преобразователь по данному техническому решению монтируется на волноводе. Мощность такой системы ограничена мощностью одного магнитострикционного преобразователя и ее не достаточно для эффективного воздействия на очаг деформации в связи с внутренними потерями при передаче ультразвука.The disadvantage of this device is the low efficiency of ultrasonic treatment of the deformation zone. The magnetostrictive transducer has a low efficiency (20-25%). This converter according to this technical solution is mounted on a waveguide. The power of such a system is limited by the power of one magnetostrictive transducer and it is not enough to effectively affect the deformation zone due to internal losses in the transmission of ultrasound.

Известен также Способ гидропрессования и устройство для его осуществления (А.С. СССР №780920, МПК В21С 3/08, опубл. 23.11.1980).Also known is the Method of hydropressing and a device for its implementation (AS USSR No. 780920, IPC B21C 3/08, publ. 23.11.1980).

Способ гидропрессования металлов осуществляется путем создания в очаге деформации высокого гидростатического давления и введением в очаге деформации ультразвуковые колебания с интенсивностью, обратно пропорциональной величине давления. Для осуществления этого способа предложено устройство, которое содержит контейнер высокого давления, пуансон и матрицу, на выходе из матрицы размещен источник ультразвуковых колебаний, питаемый от генератора с обратной акустической связью и блоком регулировки мощности генератора, связанным через установленный в нем преобразователь сигналов с датчиком давления, размещенным в полости контейнера.The method of hydropressing metals is carried out by creating a high hydrostatic pressure in the deformation zone and introducing ultrasonic vibrations with an intensity inversely proportional to the pressure value in the deformation zone. To implement this method, a device is proposed that contains a high-pressure container, a punch and a matrix, at the exit of the matrix there is a source of ultrasonic vibrations, fed from a generator with acoustic feedback and a generator power control unit connected through a signal converter installed in it with a pressure sensor, placed in the cavity of the container.

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность ультразвукового воздействия на процесс прессования. Используемый магнитострикционный преобразователь имеет низкий КПД (20-25%), для прессования изделий с большим диаметром (более 200 мм) эффект воздействия ультразвука не наблюдается.The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of ultrasonic impact on the pressing process. The used magnetostrictive transducer has a low efficiency (20-25%), for pressing products with a large diameter (more than 200 mm) the effect of ultrasound is not observed.

Известное устройство имеет гидравлическую систему, включающую насос, систему трубопроводов, дроссели, датчики, что значительно усложняет конструкцию и его работу. После завершения цикла прессования необходимо из контейнера выкачать жидкость, иначе она выльется через матрицу, что требует больших временных затрат и значительно снижает производительность.The known device has a hydraulic system, including a pump, piping, throttles, sensors, which greatly complicates the design and its operation. After the pressing cycle is completed, it is necessary to pump out the liquid from the container, otherwise it will pour out through the matrix, which requires a lot of time and significantly reduces productivity.

Наиболее близким аналогом является устройство для выдавливания с наложением ультразвуковых колебаний (А.С. СССР №1000139, МПК B21D 22/02, опубл. 28.02.83).The closest analogue is a device for extrusion with the imposition of ultrasonic vibrations (AS USSR No. 1000139, IPC B21D 22/02, publ. 28.02.83).

Устройство, содержит обойму резонансного размера, матрицу, пуансон, резонансные поддержки на продольных и на изгибных колебаниях, ультразвуковые преобразователи и опорную плиту.The device contains a holder of resonant size, a matrix, a punch, resonant supports for longitudinal and bending vibrations, ultrasonic transducers and a base plate.

Недостатком этого технического решения являются значительные потери акустической энергии из-за больших габаритных размеров обоймы, ограниченная возможность концентрации ультразвуковой энергии большой мощности в очаге деформации.The disadvantage of this technical solution is the significant loss of acoustic energy due to the large overall dimensions of the clip, the limited ability to concentrate ultrasonic energy of high power in the deformation zone.

Отмеченные недостатки приводят к снижению КПД устройства на 20-30% и не позволяют прессовать трубы большого диаметра (более 200 мм).The noted shortcomings lead to a decrease in the efficiency of the device by 20-30% and do not allow pressing pipes of large diameter (more than 200 mm).

Задача, стоявшая перед авторами настоящей полезной модели, заключалась в значительном повышении мощности воздействия ультразвука на очаг деформации при прессовании труб за счет снижения потерь в обойме, обеспечения максимальной концентрации ультразвуковых колебаний в очаге деформации за счет выполнения резонансной поддержки в виде концентратора ультразвуковых колебаний и увеличения количества преобразователей, размещенных на обойме. Последнее обстоятельство способствует холодному прессованию труб больших диаметров, более 200 мм.The task faced by the authors of this utility model was to significantly increase the power of the impact of ultrasound on the deformation zone during pipe pressing by reducing losses in the cage, ensuring the maximum concentration of ultrasonic vibrations in the deformation zone by performing resonant support in the form of a concentrator of ultrasonic vibrations and increasing the number transducers placed on the holder. The latter circumstance contributes to the cold pressing of pipes of large diameters, more than 200 mm.

Технический результат полезной модели - повышение эффективности передачи ультразвуковых колебаний в очаг деформации при прессовании труб за счет повышения КПД на 20-30%, выполнение резонансной поддержки в виде концентратора ультразвуковых колебаний и увеличение мощности воздействия ультразвука не менее чем в 2 раза для обеспечения прессования труб диаметром более 200 мм.The technical result of the utility model is to increase the efficiency of transmission of ultrasonic vibrations to the deformation zone when pressing pipes by increasing the efficiency by 20-30%, performing resonant support in the form of a concentrator of ultrasonic vibrations and increasing the power of exposure to ultrasound by at least 2 times to ensure the pressing of pipes with a diameter over 200 mm.

Указанный технический результат в Устройстве для прессования с наложением ультразвуковых колебаний достигается использованием двух поверхностной обоймы и размещением на ней двукратного количества пьезокерамических преобразователей, а также выполнением резонансной поддержки в виде концентратора ультразвуковых колебаний.The specified technical result in the Device for pressing with the imposition of ultrasonic vibrations is achieved by using two surface clips and placing a double number of piezoceramic transducers on it, as well as performing resonant support in the form of a concentrator of ultrasonic vibrations.

Существо полезной модели поясняется следующим чертежом.The essence of the utility model is illustrated by the following drawing.

Фиг. 1. Устройство для прессования с наложением ультразвуковых колебаний.Fig. 1. Device for pressing with the imposition of ultrasonic vibrations.

Элементы предлагаемого устройства в тексте описания и на чертеже обозначены следующими номерами.The elements of the proposed device in the text of the description and in the drawing are indicated by the following numbers.

Изображенное на фиг. 1 устройство состоит из контейнера 1, в который помещается заготовка 2, матрицы 3, установленной в обойму, выполненную с двумя периферийными поверхностностями в виде дискового волновода 4. На двух периферийных поверхностностях дискового волновода 4 установлены пьезоэлектрические преобразователи 5. Дисковый волновод 4 смонтирован на резонансной поддержке 6, выполненной в виде концентратора ультразвуковых колебаний. Игла 7 выполнена за одно целое с пуансоном 8. Пьезоэлектрические преобразователи 5 с помощью кабелей 9, соединены между собой по соответствующим полюсам на два выхода с ультразвуковым генератором 10.Shown in FIG. 1, the device consists of a container 1 in which the workpiece 2 is placed, a matrix 3 installed in a holder made with two peripheral surfaces in the form of a disk waveguide 4. Piezoelectric transducers 5 are installed on two peripheral surfaces of the disk waveguide 4. The disk waveguide 4 is mounted on a resonant support 6, made in the form of a concentrator of ultrasonic vibrations. The needle 7 is made in one piece with the punch 8. The piezoelectric transducers 5 with the help of cables 9 are connected to each other along the corresponding poles into two outputs with an ultrasonic generator 10.

Пример использования предлагаемого устройстваAn example of using the proposed device

Устройство для прессования с наложением ультразвуковых колебаний работает следующим образом.Device for pressing with the imposition of ultrasonic vibrations works as follows.

Изображенное на фиг. 1 устройство монтируется на гидропрессе для прессования труб (на фиг. 1 гидропресс не показан). В контейнер 1 загружается заготовка 2. Включается ультразвуковой генератор 10, от которого синхронно и синфазно с помощью кабелей 9, соединенных между собой по соответствующим полюсам на два выхода ультразвукового генератора 10, подаются электрические ультразвуковые колебания на пьезоэлектрические преобразователи 5, где они преобразовываются в механические ультразвуковые колебания с амплитудой ζ_узк. После этого включается гидропресс, усилие Р передается на пуансон 8 и заготовку 2. При одновременном воздействии ультразвука и усилия Р происходит прессование трубы через матрицу 3, которая установлена в дисковый волновод 4. При этом усилие прессования снижается за счет снижения сил трения и повышения подвижности дислокаций под воздействием ультразвуковых колебаний.Shown in FIG. 1, the device is mounted on a hydraulic press for pressing pipes (the hydraulic press is not shown in Fig. 1). The workpiece 2 is loaded into the container 1. The ultrasonic generator 10 is turned on, from which synchronously and in phase with the help of cables 9 connected to each other at the corresponding poles to the two outputs of the ultrasonic generator 10, electrical ultrasonic vibrations are supplied to the piezoelectric transducers 5, where they are converted into mechanical ultrasonic fluctuations with amplitude ζ _narrow . After that, the hydraulic press is turned on, the force P is transferred to the punch 8 and the workpiece 2. With the simultaneous action of ultrasound and force P, the pipe is pressed through the matrix 3, which is installed in the disk waveguide 4. In this case, the pressing force is reduced due to a decrease in friction forces and an increase in the mobility of dislocations under the influence of ultrasonic vibrations.

После окончания прессования пуансон 8 отводится в исходное положение. Ультразвук отключается. Снимается контейнер 1, удаляется прессостаток, готовая труба выталкивается из матрицы 3.After the end of pressing, the punch 8 is retracted to its original position. The ultrasound is turned off. The container 1 is removed, the pressostat is removed, the finished pipe is pushed out of the matrix 3.

Затем подается следующая трубная заготовка и цикл повторяется.Then the next pipe billet is fed and the cycle repeats.

Использование прессования труб на игле позволяет получить повышенную точность внутреннего и наружного диаметров трубы, снижаются отклонения от формы (некруглость, разностенность) и снижается шероховатость внутренней и наружной поверхностей за счет воздействия ультразвуковых колебаний.The use of pressing pipes on a needle makes it possible to obtain an increased accuracy of the inner and outer diameters of the pipe, deviations from the shape (non-circularity, difference in wall thickness) are reduced, and the roughness of the inner and outer surfaces is reduced due to the action of ultrasonic vibrations.

При реализации изобретения КПД устройства повысилось на 20-30% в зависимости от диаметра трубы (чем меньше диаметр, тем больше эффективность) за счет использования резонансной поддержки 6 в виде концентратора ультразвуковых колебаний, синхронного и синфазного подключения пьезопреобразователей и дискового волновода 4 с двумя периферийными поверхностностями.When implementing the invention, the efficiency of the device increased by 20-30% depending on the diameter of the pipe (the smaller the diameter, the greater the efficiency) due to the use of resonant support 6 in the form of a concentrator of ultrasonic vibrations, synchronous and in-phase connection of piezoelectric transducers and a disk waveguide 4 with two peripheral surfaces .

Claims

1. A device for pressing pipes with radial ultrasonic vibrations, including a container, a matrix installed in a disk waveguide, piezoelectric transducers and resonant support, characterized in that the disk waveguide is made with two peripheral surfaces on which piezoelectric transducers are placed.

2. The device according to claim 1, characterized in that the resonant support is made in the form of a concentrator of ultrasonic vibrations.

3. The device according to claim 1, characterized in that, to ensure synchronism and in-phase, all piezoelectric transducers are connected to each other along the corresponding poles to two outputs from the ultrasonic generator.

4. The device according to claim 3, characterized in that the disk waveguide, matrix and resonant support are made with resonant dimensions that are a multiple of a quarter of the ultrasonic wave length propagating in the materials from which they are made.