RU2238839C1

RU2238839C1 - Device for ultrasonic finishing of parts

Info

Publication number: RU2238839C1
Application number: RU2003124125A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Холопов (RU); Ю.В. Холопов
Original assignee: Холопов Юрий Васильевич
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2004-10-27
Also published as: RU2003124125A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: emitter is made of operation tip, and the device is provided with a cutter for finishing working and stop rod for damping vibration of parts. The cutter for finishing machining is mounted in front of the ultrasonic emitter.

EFFECT: expanded functional capabilities.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для чистового точения и финишной обработки поверхностей деталей с использованием энергии ультразвуковых колебаний.The invention relates to mechanical engineering and can be used for fine turning and finishing surfaces of parts using the energy of ultrasonic vibrations.

Известно “Устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей” (см. патент РФ №2201863, кл. В 24 В 39/00; 39/04, опубл. в 2003), содержащее акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы между торцевой частью корпуса и концентратором, стопорный элемент, упругий элемент с большой инерционной способностью, дополнительный стопорный элемент, поджимающую гайку и фасонную накладку с изоляционным элементом.It is known “Device for ultrasonic surface finishing” (see RF patent No. 2201863, class. 24 V 39/00; 39/04, publ. In 2003), containing an acoustic system including a magnetostrictive transducer connected to a hub , on the end part of which an ultrasound transducer is fixed, the end of which is made in the form of a working tip, a spring installed along the longitudinal axis of the speaker system between the end part of the housing and the concentrator, a locking element, an elastic element with a large inertia ionic ability, an additional locking element, a tightening nut and a shaped plate with an insulating element.

Такая конструкция позволила за счет регулирования усилия прижатия излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности производить финишную обработку различных поверхностей, что и обеспечило расширение технологических возможностей этого устройства.This design made it possible to finish the treatment of various surfaces by regulating the pressing force of the ultrasound emitter to the surface to be treated, which ensured the expansion of the technological capabilities of this device.

Однако перед финишной обработкой поверхности требуется производить чистовое точение с целью повышения класса шероховатости и качества обрабатываемой поверхности.However, before finishing the surface it is required to perform fine turning in order to increase the roughness class and the quality of the surface being treated.

В известном же устройстве такая комплексная обработка не осуществляется, что и приводит к ограничению его технологических возможностей, а также к увеличению времени обработки деталей.In the known device, such complex processing is not carried out, which leads to a limitation of its technological capabilities, as well as to an increase in the processing time of parts.

Известно также “Устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей" (см. патент РФ №2205735, кл. В 24 В 39/00, опубл. в 2003), которое выбрано в качестве прототипа к заявляемому изобретению.It is also known “Device for ultrasonic surface finishing" (see RF patent No. 2205735, class. 24 V 39/00, publ. In 2003), which is selected as a prototype for the claimed invention.

Известное устройство содержит акустическую систему в виде установленного в корпусе магнитострикционного преобразователя, соединенного с ним концентратора, на торце которого закреплен излучатель ультразвука с контактными элементами и сквозным отверстием для выхода шпильки, предназначенной для соединения концентратора с излучателем ультразвука и выполненной с торцом в виде рабочего наконечника. Устройство содержит также средство для перемещения акустической системы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и закрепляющие пальцы.The known device contains an acoustic system in the form of a magnetostrictive transducer installed in the housing, a hub connected to it, at the end of which an ultrasound transducer with contact elements and a through hole for a pin outlet, designed to connect the concentrator to the ultrasound transducer and made with an end face in the form of a working tip, is fixed. The device also comprises means for moving the speaker system in three mutually perpendicular planes and fixing fingers.

Конструкция этого устройства позволяет расширить его технологические возможности за счет использования разных видов ультразвуковых колебаний, обеспечивающих финишную обработку поверхностей деталей сложных профилей.The design of this device allows you to expand its technological capabilities through the use of different types of ultrasonic vibrations, providing finish processing of the surfaces of parts of complex profiles.

Однако и это устройство не обеспечивает комплексную обработку деталей, поэтому и его технологические возможности остаются ограниченными.However, this device does not provide complex processing of parts, therefore, its technological capabilities remain limited.

В предлагаемом изобретении решается задача расширения технологических возможностей устройства за счет комплексной обработки деталей путем совмещения операции чистового точения, финишной обработки ультразвуком и упрочнения поверхностей деталей путем насыщения их высокодисперсными материалами, а также повышения качества поверхностей деталей и сокращения времени их обработки.The present invention solves the problem of expanding the technological capabilities of the device due to the integrated processing of parts by combining the operations of fine turning, finishing with ultrasound and hardening the surfaces of parts by saturating them with highly dispersed materials, as well as improving the quality of surfaces of parts and reducing the time of their processing.

Для достижения технического результата устройство для чистового точения и финишной обработки поверхностей деталей ультразвуком, содержащее акустическую систему в виде установленного в корпусе магнитострикционного преобразователя, соединенного с ним концентратора, на торце которого закреплен излучатель ультразвука, и шпильку, предназначенную для соединения концентратора с излучателем ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, снабжено резцом для чистового точения и упорным стержнем, предназначенным для демпфирования вредных колебаний, возникающих в процессе обработки деталей, и упрочнения поверхностей деталей путем насыщения их высокодисперсными материалами, при этом резец для чистового точения расположен перед излучателем ультразвука по ходу их движения вдоль обрабатываемой поверхности и закреплен в приливе на корпусе акустической системы, а упорный стержень, на торце которого, со стороны обрабатываемой поверхности, закреплен заменяемый контактный элемент, расположен за излучателем ультразвука и закреплен в приливе, предназначенном для крепления акустической системы к станку.To achieve a technical result, a device for fine turning and finishing surfaces of parts with ultrasound, comprising an acoustic system in the form of a magnetostrictive transducer installed in the housing, a hub connected to it, at the end of which an ultrasound emitter is mounted, and a stud designed to connect the concentrator to an ultrasound emitter, end which is made in the form of a working tip, equipped with a tool for fine turning and a thrust rod designed for dumping formation of harmful vibrations that occur during the processing of parts, and hardening of the surfaces of parts by saturating them with finely dispersed materials, while the cutter for fine turning is located in front of the ultrasound transducer along their surface along the surface and is fixed in the tide on the speaker housing, and the thrust rod at the end of which, on the surface to be machined, a replaceable contact element is fixed, located behind the ultrasound transducer and fixed in a tide intended for attaching the speaker system to the machine.

Новым в предлагаемом изобретении является:New in the invention is:

- наличие резца для чистового точения;- the presence of a tool for fine turning;

- наличие упорного стержня, предназначенного для демпфирования вредных колебаний и упрочнения поверхностей обрабатываемых деталей;- the presence of a thrust rod designed to damp harmful vibrations and harden the surfaces of the workpieces;

- расположение резца для чистового точения перед излучателем ультразвука по ходу их движения вдоль обрабатываемой поверхности;- the location of the cutter for fine turning in front of the ultrasound transducer in the direction of their movement along the work surface;

- расположение упорного стержня за излучателем ультразвука;- the location of the thrust rod behind the ultrasound transducer;

- наличие заменяемого контактного элемента на торце упорного стержня со стороны обрабатываемой поверхности.- the presence of a replaceable contact element at the end of the thrust rod from the side of the work surface.

Предлагаемая конструкция устройства позволила объединить акустическую систему с резцом для чистового точения и упорным стержнем с заменяемым контактным элементом на его торце в единый блок.The proposed design of the device made it possible to combine the acoustic system with a tool for fine turning and a thrust rod with a replaceable contact element at its end face into a single unit.

В результате этого стало возможным проведение комплексной обработки поверхностей деталей.As a result of this, it became possible to conduct complex surface treatment of parts.

Комплексная обработка поверхностей деталей включает в себя такие операции, как:Complex surface treatment of parts includes operations such as:

- чистовое точение, которое целесообразно производить перед финишной обработкой поверхностей с целью получения шероховатости на уровне 4-6 классов;- Finishing turning, which is advisable to produce before finishing surfaces in order to obtain a roughness at the level of 4-6 classes;

- финишную обработку с использованием ультразвука, при которой шероховатость достигает уровня 10-12 классов;- finishing using ultrasound, in which the roughness reaches the level of 10-12 classes;

- и, при необходимости, дополнительное упрочнение поверхностей путем их насыщения высокодисперсными материалами.- and, if necessary, additional hardening of the surfaces by saturating them with highly dispersed materials.

Таким образом, совокупность существенных признаков позволила расширить технологические возможности предлагаемого устройства, сократить время, затрачиваемое на обработку поверхностей деталей, и повысить качество обрабатываемых поверхностей.Thus, the combination of essential features made it possible to expand the technological capabilities of the proposed device, reduce the time taken to process the surfaces of the parts, and improve the quality of the processed surfaces.

Однако на качество обработки поверхностей может оказывать отрицательное влияние возникновение вредных колебаний. Как показывает практика использования безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО) различных деталей и, особенно тонкостенных труб или длинномерных стержней, при определенных числах оборотов деталей, их реакции на излучатель ультразвука и/или резца чистового точения, а также в силу собственных колебаний в деталях возникает спектр колебаний, которые, по существу, являются вредными для финишной обработки поверхностей деталей. Поэтому возникает необходимость исключить влияние этих колебаний на качество обрабатываемых поверхностей. Для этого с целью демпфирования этих колебаний установлен упорный стержень. В ряде случаев возникает необходимость в дополнительном упрочнении и повышении качества обрабатываемых поверхностей. При этом упорный стержень - с заменяемым контактным элементом - может использоваться для насыщения поверхностей высокодисперсными материалами.However, the occurrence of harmful vibrations can have a negative effect on the quality of surface treatment. As practice shows, the use of non-abrasive ultrasonic finishing (FFS) of various parts and, especially thin-walled tubes or long rods, at certain speeds of parts, their reaction to the ultrasound emitter and / or the cutting tool, as well as due to natural vibrations in the parts, a spectrum fluctuations that are essentially harmful to the finishing of the surfaces of the parts. Therefore, it becomes necessary to exclude the influence of these fluctuations on the quality of the processed surfaces. To do this, in order to damp these vibrations, a thrust rod is installed. In some cases, there is a need for additional hardening and improving the quality of the processed surfaces. In this case, the thrust rod - with a replaceable contact element - can be used to saturate surfaces with highly dispersed materials.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает технический результат, выражающийся в расширении технологических возможностей устройства, а также в повышении качества обрабатываемых поверхностей и сокращении времени их обработки.Thus, the proposed device provides a technical result, expressed in the expansion of the technological capabilities of the device, as well as in improving the quality of the processed surfaces and reducing the time of their processing.

Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью отличительных признаков.The invention is new, since the prior art on available sources of information did not reveal analogues with a similar set of distinctive features.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано для чистового точения, финишной обработки ультразвуком и упрочнения обрабатываемых поверхностей различных деталей одновременно.The invention is industrially applicable, as it can be used for finishing turning, finishing with ultrasound and hardening the machined surfaces of various parts at the same time.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено заявляемое устройство для чистового точения и финишной обработки поверхностей деталей ультразвуком (продольный разрез); на фиг.2 - разрез устройства по линии А-А.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows the inventive device for fine turning and finishing surface treatment of parts with ultrasound (longitudinal section); figure 2 is a section of the device along the line aa.

Заявляемое устройство (фиг.1 и 2) содержит акустическую систему, включающую установленный в корпусе 1 магнитострикционный преобразователь 2, соединенный с концентратором 3, на торце которого закреплен излучатель ультразвука 4, шпильку 5, соединяющую концентратор 3 с излучателем ультразвука 4, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника 6, резец 7 для чистового точения и упорный стержень 8. Резец 7 для чистового точения закреплен в приливе 9 на корпусе 1.The inventive device (Figs. 1 and 2) contains an acoustic system including a magnetostrictive transducer 2 installed in the housing 1, connected to a concentrator 3, at the end of which an ultrasound emitter 4 is fixed, a stud 5 connecting the concentrator 3 to an ultrasound emitter 4, the end of which is made in in the form of a working tip 6, a cutter 7 for fine turning and a thrust rod 8. A cutter 7 for finish turning is fixed in the tide 9 on the housing 1.

Упорный стержень 8 закреплен в приливе 10. На торце упорного стержня 8 закреплен контактный элемент 11. На другом конце упорного стержня 8 имеется пружина 12 и гайка 13. На корпусе 1 со стороны магнитострикционного преобразователя имеется поджимающая гайка 14. Резец 7 для чистового точения закреплен перед излучателем ультразвука 4 по ходу их движения вдоль обрабатываемых поверхностей 13. Упорный стержень 8 установлен за излучателем ультразвука 4. Контактный элемент 11 выполнен съемным и заменяемым в соответствии с формой контакта с обрабатываемой поверхностью 15. Упорный стержень 8 и контактный элемент 11 предназначены для упрочнения обрабатываемых поверхностей 15 путем насыщения их высокодисперсными материалами, в качестве которых могут быть использованы, например, геомодификаторы из группы серпентенитов, алмазная пыль и другие материалы. Могут быть использованы также контактные вставки из карандаша твердой смазки (КТС) или карандаша твердой смазки с соответствующими наполнителями (КТСН).The stop rod 8 is fixed at high tide 10. A contact element 11 is fixed at the end of the stop rod 8. At the other end of the stop rod 8 there is a spring 12 and a nut 13. On the housing 1 there is a compression nut 14. On the magnetostrictive converter side, a cutter 7 is fixed before an ultrasonic emitter 4 along their movement along the machined surfaces 13. The thrust rod 8 is installed behind the ultrasonic emitter 4. The contact element 11 is removable and replaceable in accordance with the form of contact with the processed overhnostyu 15. The thrust rod 8 and the contact element 11 designed to harden machined surfaces 15 by saturation of highly dispersed materials, as which may be used, for example, from the group geomodifiers serpentenitov, diamond dust and other materials. Contact inserts from a solid lubricant pencil (KTS) or a solid lubricant pencil with appropriate fillers (KTSN) can also be used.

Устройство для чистового точения и финишной обработки поверхностей деталей ультразвуком крепится к станку с помощью прилива 10.The device for fine turning and finishing surface treatment of parts with ultrasound is attached to the machine using the tide 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для начала работы устройства резец 7 для чистового точения подводят к обрабатываемой поверхности. Рабочий наконечник 6 излучателя ультразвука 4 поджимают к обрабатываемой поверхности 15 с помощью поджимающей гайки 14.To start the operation of the device, the cutter 7 for finishing turning is brought to the work surface. The working tip 6 of the ultrasound emitter 4 is pressed to the work surface 15 using the compression nut 14.

В случае, когда необходимо дополнительное упрочнение поверхности детали 15, на торце упорного стержня 8 закрепляется контактный элемент 11, по форме соответствующий форме контакта с обрабатываемой поверхностью 15. Упорный стержень 8 с закрепленным на нем контактным элементом 11 также поджимаются к обрабатываемой поверхности 15 с помощью пружины 12 и гайки 13. На контактный элемент 11 подается соответствующий высокодисперсный материал (на фигурах не показано).In the case when additional hardening of the surface of the part 15 is necessary, a contact element 11 is fixed on the end of the stopper rod 8, corresponding in shape to the shape of the contact with the workpiece 15. The stop bar 8 with contact element 11 fixed thereon is also pressed against the workpiece 15 by means of a spring 12 and nuts 13. A corresponding fine material (not shown in the figures) is supplied to the contact element 11.

Подаваемое на обмотку магнитострикционного преобразователя 2 напряжение вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через концентратор 3, излучатель ультразвука 4 и рабочий наконечник 6 на обрабатываемую поверхность 15.The voltage supplied to the winding of the magnetostrictive transducer 2 causes ultrasonic vibrations in it to be transmitted through a concentrator 3, an ultrasound emitter 4 and a working tip 6 to the work surface 15.

Рабочий наконечник 6, соприкасаясь с обрабатываемой поверхностью 15, начинает воздействовать на нее ультразвуковыми колебаниями.The working tip 6, in contact with the work surface 15, begins to act on it with ultrasonic vibrations.

Усилие поджатия рабочего наконечника 6 регулируется с помощью поджимающей гайки 14 и зависит от материала детали.The preload force of the working tip 6 is regulated using the compression nut 14 and depends on the material of the part.

Технологические параметры (скорость обработки, число оборотов вращения обрабатываемой поверхности деталей, размер чистового точения) режима обработки выбираются в зависимости от физико-механических и технологических требований к обрабатываемым поверхностям деталей.Technological parameters (processing speed, number of revolutions of rotation of the machined surface of the parts, the size of the final turning) of the machining mode are selected depending on the physicomechanical and technological requirements for the machined surfaces of the parts.

Причем эти три элемента: резец 7 для чистового точения, излучатель ультразвука 4 и упорный стержень 8 с контактным элементом 11 могут работать в разных вариантах, например, все три одновременно, или резец 7 для чистового точения и излучатель ультразвука 4, или излучатель ультразвука 4 и упорный стержень 8 и так далее. Практика использования этого устройства может подсказать и другие варианты его использования.Moreover, these three elements: the cutting tool 7 for fine turning, the ultrasonic emitter 4 and the thrust rod 8 with the contact element 11 can work in different ways, for example, all three at the same time, or the cutting tool 7 and the ultrasonic emitter 4, or the ultrasonic emitter 4 and thrust rod 8 and so on. The practice of using this device may suggest other options for its use.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить технологические возможности устройства, повысить качество обрабатываемых поверхностей деталей и сократить время их обработки.Thus, the present invention allows to expand the technological capabilities of the device, to improve the quality of the machined surfaces of the parts and to reduce the processing time.

Claims

A device for fine turning and finishing surface treatment of parts with ultrasound, comprising an acoustic system in the form of a magnetostrictive transducer installed in the housing, a hub connected to it, an ultrasound emitter attached to its end, and a stud designed to connect the hub and the ultrasound emitter, characterized in that the end the ultrasound emitter is made in the form of a working tip, and the device is equipped with a cutter for fine turning and a thrust rod, designed for damping harmful vibrations that occur during the processing of parts, and hardening the surfaces of parts by saturating them with finely dispersed materials, while the cutter for fine turning is located in front of the ultrasound transducer along their surface along the surface to be machined and fixed in the tide on the speaker housing, and the thrust rod , at the end of which, on the surface to be machined, a replaceable contact element is fixed, located behind the ultrasound transducer and fixed in the tide, started to attach the speaker system to the machine.