RU2409461C2

RU2409461C2 - Ultrasound processing tool for strain hardening and relaxation processing

Info

Publication number: RU2409461C2
Application number: RU2009112462/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Рудецкий (RU); Александр Васильевич Рудецкий
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2011-01-20
Also published as: RU2009112462A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly to ultrasound processing tools for strain hardening and relaxation processing of surfaces. Proposed tool comprises body, cap arranged in said body, waveguide with acoustic system fitted in said cut, elasto-inertial system representing a calibrated spring. Movable spring-loaded stop and fixed handle. One end of said calibrated spring thrusts against the body inner wall while its other end thrusts against the cup outer face. Said cup can reciprocate inside the body in key-like guides. Moving spring-loaded stop is arranged in the body to translate therein. At stop and calibrated spring working load, stop spring force is lower than that of calibrated spring.

EFFECT: higher efficiency of processing, expanded process performances.

1 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к ручным инструментам с ультразвуковым возбуждением для виброударной обработки поверхностей, сопровождающейся пластическим деформированием и озвучиванием обрабатываемой поверхности ультразвуком, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например строительстве мостов, судостроении, нефтяной и газовой промышленности для релаксационно-упрочняющей обработки металлоконструкций, например, околошовных зон и швов сварных соединений и других поверхностей.The invention relates mainly to hand tools with ultrasonic excitation for vibration impact surface treatment, accompanied by plastic deformation and sonication of the treated surface by ultrasound, and can be used in various engineering industries, such as bridge construction, shipbuilding, oil and gas industry for relaxation and hardening processing of metal structures, for example , heat-affected zones and seams of welded joints and other surfaces.

Известен ультразвуковой обрабатывающий инструмент с жидкостным охлаждением (см. патент РФ №2266805, МПК⁷ В24В 39/00, опубл. 27.12.2005, БИ №36), включающий акустическую систему, в состав которой входят магнитострикционный преобразователь и жестко соединенный с ним трансформатор колебательной скорости (волновод), к которому через резьбовое соединение присоединен волновод-удлинитель, помещенные в корпус, снабженный системой охлаждения, в котором установлена на одной оси с акустической системой пружина с возможностью оказывать на нее прижимное воздействие на обрабатываемый объект. В узловой области волновода-удлинителя выполнена проточка, в которой свободно расположены шарики, на которых установлен стакан индентора со сквозными отверстиями в торце, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного движения ударники в виде стержней с утолщениями, причем утолщенные концы ударников размещены между торцом стакана и излучающей поверхностью.Known ultrasonic processing tool with liquid cooling (see RF patent No. 2266805, IPC ⁷ V24V 39/00, publ. 12/27/2005, BI No. 36), which includes an acoustic system, which includes a magnetostrictive transducer and an oscillatory transformer rigidly connected to it speed (waveguide), to which a waveguide-extender is connected through a threaded connection, placed in a housing equipped with a cooling system, in which a spring is installed on the same axis with the speaker system with the ability to exert pressure on it Corollary to the object to be processed. In the nodal region of the extension waveguide, a groove is made in which balls are freely located, on which an indenter glass with through holes in the end is mounted, in which the strikers are mounted with the possibility of reciprocating motion in the form of rods with thickenings, the thickened ends of the strikers being placed between the end of the glass and radiating surface.

Недостатком аналога является отсутствие возможности производить обработку с постоянным равномерным усилием прижима инструмента к обрабатываемой поверхности, а также отсутствие возможности производить предварительную настройку усилия прижима.The disadvantage of the analogue is the inability to carry out processing with a constant uniform force of pressing the tool to the work surface, as well as the inability to preset the pressure force.

Известно устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей (см. патент РФ №2201863, МПК⁷ В24В 39/00, В 39/04, опубл. 10.04.2003, БИ №10), включающий акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука (волновод), торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы между торцевой частью корпуса и концентратором и являющуюся упругим элементом с малой инерционной способностью, и стопорный элемент, размещенный со стороны концентратора. Кроме того, устройство снабжено упругим элементом с большой инерционной способностью, дополнительным стопорным элементом, поджимающей гайкой и фасонной накладкой с изоляционным элементом, обладающим пружинными свойствами, закрепленной на торце магнитострикционного преобразователя для полного внутреннего отражения энергии излучателя ультразвука, и подвижной втулки, сопряженной с акустической системой, при этом пружина расположена между поджимающей гайкой и фасонной накладкой, упругий элемент с большой инерционной способностью расположен с противоположной от пружины стороны магнитострикционного преобразователя между корпусом и подвижной втулкой, а стопорные элементы установлены в корпусе со стороны концентратора.A device for ultrasonic surface finishing is known (see RF patent No. 2201863, IPC ⁷ V24V 39/00, 39/04, publ. 04/10/2003, BI No. 10), including an acoustic system including a magnetostrictive transducer connected to the body with a concentrator, on the end part of which an ultrasound emitter (waveguide) 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 and which is an elastic element with scarlet inertial ability, and a locking member disposed on the part of the hub. In addition, the device is equipped with an elastic element with a large inertial ability, an additional locking element, a tightening nut and a shaped plate with an insulating element having spring properties, mounted on the end face of the magnetostrictive transducer for complete internal reflection of the energy of the ultrasound emitter, and a movable sleeve associated with the speaker system while the spring is located between the tightening nut and the shaped plate, an elastic element with a large inertial ability it is laid on the opposite side from the spring side of the magnetostrictive transducer between the housing and the movable sleeve, and the locking elements are installed in the housing from the hub.

Аналог крепится на станке и предназначен для работы только в стационарном режиме, а регулирование усилия прижима осуществляется заменой оттарированной пружины, для чего необходимо производить разборку устройства, а необходимое статическое усилие прижима инструмента к обрабатываемой поверхности детали обеспечивают, например, с помощью поперечного суппорта токарно-винторезного станка.The analog is mounted on the machine and is designed to work only in stationary mode, and the clamping force is controlled by replacing the calibrated spring, for which it is necessary to disassemble the device, and the necessary static clamping force of the tool to the workpiece surface is provided, for example, by means of a transverse screw-cutting support machine tool.

Известен виброударный инструмент с ультразвуковым возбуждением и воздушным охлаждением, принятый за прототип (см. патент РФ №2259912, МПК⁷ В06В 1/08, В06В 1/12, В24В 39/00, В25D 9/14, опубл. 10.09.2005, БИ №25), включающий корпус, источник возбуждения, состоящий из последовательно соединенных электроакустического магнитострикционного излучателя (волновода) и волноводного акустического трансформатора и размещенный внутри корпуса с возможностью возвратно-поступательного хода заданной длины, и обойму с бойками, установленную соосно с волноводным акустическим трансформатором. Источник возбуждения при этом закреплен во втулке, размещенной внутри корпуса с зазором на направляющих скольжения, выполненных в виде призматических шпонок, которые заложены в сквозные пазы корпуса через эластичные виброизолирующие прокладки и одновременно в глухие пазы во втулке, которая закреплена на волноводном акустическом трансформаторе с натягом, усилие которого соответствует ее радиальной деформации, превышающей амплитуду поперечных колебаний волноводного акустического трансформатора в узле продольных колебаний при его работе на холостом ходу; упругоинерционная система выполнена в виде пружинного амортизатора.Known vibro-shock tool with ultrasonic excitation and air cooling, adopted as a prototype (see RF patent No. 2259912, IPC ⁷ V06V 1/08, V06V 1/12, V24V 39/00, V25D 9/14, publ. 09/10/2005, BI No. 25), comprising a housing, an excitation source, consisting of a series-connected electro-acoustic magnetostrictive emitter (waveguide) and a waveguide acoustic transformer and placed inside the housing with the possibility of reciprocating stroke of a given length, and a clip with strikers mounted coaxially with the waveguide acoustic t transformer. The excitation source is fixed in the sleeve located inside the housing with a gap on the slide guides made in the form of prismatic dowels, which are laid in the through grooves of the housing through elastic vibration-isolating gaskets and at the same time in the blind grooves in the sleeve, which is mounted on the waveguide acoustic transformer with an interference fit, the force of which corresponds to its radial deformation exceeding the amplitude of the transverse vibrations of the waveguide acoustic transformer in the node of longitudinal vibrations when it is bot idling; elastic inertia system is made in the form of a spring shock absorber.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что отсутствует возможность производить обработку с постоянным равномерным усилием прижима инструмента к обрабатываемой поверхности, а также отсутствует возможность производить предварительную настройку усилия прижима.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype include the fact that there is no possibility to perform processing with a constant uniform force of pressing the tool to the surface to be machined, and there is also no possibility to preset the pressure force.

Технический результат - проведение виброударной обработки поверхностей с постоянным, предварительно настроенным, равномерным усилием прижима ультразвукового инструмента к обрабатываемой поверхности заготовки.EFFECT: vibroimpact surface treatment with a constant, pre-configured, uniform pressure force of an ultrasonic tool to the workpiece surface being processed.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что заявляемое устройство, как и известное устройство (прототип), содержит корпус, акустическую систему, упругоинерционную систему и неподвижную рукоятку, в которой установлена система дистанционного пуска-останова ультразвукового генератора, питающего акустическую систему, выполненную с возможностью перемещения в корпусе по направляющим, выполненным в виде шпонок. Особенность заявляемого устройства заключается в том, что оно снабжено подвижным подпружиненным упором, размещенным в корпусе и выполненным с возможностью его продольного перемещения, причем при рабочей деформации пружины упора и тарированной пружины сила пружины упора меньше силы тарированной пружины.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the claimed device, like the known device (prototype), contains a housing, an acoustic system, an inertia-inertial system and a fixed handle, in which a remote start-stop system for an ultrasonic generator feeding the acoustic system is installed, made with the ability to move in the housing along the guides made in the form of dowels. A feature of the claimed device lies in the fact that it is equipped with a movable spring-loaded stop placed in the housing and made with the possibility of its longitudinal movement, moreover, with working deformation of the stop spring and tared spring, the force of the stop spring is less than the force of the tared spring.

Размещение подвижного подпружиненного упора в корпусе ультразвукового инструмента позволит производить обработку с постоянным, предварительно настроенным, равномерным усилием прижима инструмента к обрабатываемой заготовке.Placing a movable spring-loaded stop in the body of an ultrasonic tool will allow processing with a constant, pre-configured, uniform force to hold the tool against the workpiece.

На чертеже представлена схема ультразвукового обрабатывающего инструмента.The drawing shows a diagram of an ultrasonic processing tool.

Ультразвуковой обрабатывающий инструмент состоит из волновода 1 с пьезокерамической акустической системой (акустическая система условно не показана), закрепленного в стакане 2, который в свою очередь установлен в корпусе 3, на котором закреплена неподвижная рукоятка 4 с системой дистанционного пуска-останова в виде курка 5, предназначенная для подвода кабеля 6, соединяющего ультразвуковой инструмент с ультразвуковым генератором (УЗК-генератор условно не показан), и подвижная (вращающаяся вокруг оси корпуса 3) рукоятка 7, упругоинерционная система представлена в виде тарированной пружины 8, один конец которой упирается во внутреннюю стенку корпуса 3, а другой - во внешний торец стакана 2; подвижный упор 9 подпружинен с помощью пружины 10, при этом сила пружины 10 при рабочей деформации значительно ниже, чем у тарированной пружины 8, и закреплен на внутренней стороне корпуса 3 регулировочным винтом 11. Во время работы ультразвукового обрабатывающего инструмента стакан 2 совершает возвратно-поступательные перемещения внутри корпуса 3 по направляющим, выполненным в виде двух шпонок (шпонки не показаны), закрепленных на внутренней поверхности корпуса 3, а перемещение стакана 2 в корпусе 3 ограничивается размерами двух глухих шпоночных пазов (пазы условно не показаны), выполненных на внешней оболочке стакана 2, в которые заложены шпонки; для подачи управляющего сигнала от курка 5 на УЗК-генератор служит провод 12, а кабель 13 высокого напряжения служит для подачи питания на акустическую систему от УЗК-генератора.An ultrasonic processing tool consists of a waveguide 1 with a piezoceramic acoustic system (the acoustic system is not shown conventionally) mounted in a glass 2, which in turn is mounted in a housing 3, on which a fixed handle 4 with a remote start-stop system in the form of a trigger 5 is fixed, intended for supplying a cable 6 connecting an ultrasonic instrument to an ultrasonic generator (an ultrasonic generator is not shown conventionally), and a movable (inertially inertial handle 7 rotating around the axis of the housing 3) the system is presented in the form of a calibrated spring 8, one end of which abuts against the inner wall of the housing 3, and the other into the outer end of the cup 2; the movable stop 9 is spring-loaded with a spring 10, while the force of the spring 10 during working deformation is much lower than that of the calibrated spring 8, and is fixed on the inside of the housing 3 by the adjusting screw 11. During operation of the ultrasonic processing tool, the cup 2 makes reciprocating movements inside the housing 3 along the guides made in the form of two dowels (dowels not shown) fixed on the inner surface of the housing 3, and the movement of the glass 2 in the housing 3 is limited by the dimensions of the two blind dowels grooves (grooves not conventionally shown) made on the outer shell of the glass 2, in which the keys are embedded; wire 12 is used to supply the control signal from trigger 5 to the ultrasonic generator, and the high voltage cable 13 serves to supply power to the speaker system from the ultrasonic generator.

Упругоинерционная система и подвижный подпружиненный упор служат для создания постоянного, предварительно настроенного, равномерного усилия прижима ультразвукового обрабатывающего инструмента к обрабатываемой поверхности заготовки.The inertia-inertial system and the movable spring-loaded stop serve to create a constant, pre-configured, uniform pressure force of the ultrasonic processing tool to the workpiece surface being machined.

Для осуществления технологического процесса необходимо на регулировочном стенде оттарировать ультразвуковой инструмент на требуемое усилие прижима к обрабатываемой поверхности, заданное конкретными условиями виброударной обработки с помощью регулировочного винта 11 путем продольного перемещения подвижного упора 9. При завинчивании регулировочного винта 11 происходит сжатие пружины 10 и подвижный упор 9 совершает продольное перемещение вправо, отдаляясь от торца стакана 2, тем самым увеличивается требуемое усилие прижима. При вывинчивании регулировочного винта 11 пружина 10 разжимается и подвижный упор 9 совершает продольное перемещение влево, тем самым уменьшается требуемое усилие прижима. Затем ультразвуковой инструмент соединить кабелем 6 с УЗК-генератором. После этого прижать волновод 1 к обрабатываемой поверхности до соприкосновения подвижного упора 9 со стаканом 2. Происходит сжатие упругоинерционной системы, и затем с помощью курка 5 через провод 12 произвести запуск УЗК-генератора, тем самым подать напряжение через кабель 13 на пьезокерамическую акустическую систему, находящуюся в стакане 2, которое вызывает в ней колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через волновод 1 на обрабатываемую поверхность. Волновод 1, соприкасаясь с обрабатываемой поверхностью, начинает воздействовать на нее ультразвуковыми колебаниями - одновременно происходит озвучивание поверхности ультразвуком и ее пластическое деформирование. В результате этого осуществляется обработка с постоянным усилием.To carry out the technological process, it is necessary to calibrate the ultrasonic tool on the adjusting stand to the required clamping force to the surface to be machined, given the specific conditions of vibration impact processing with the help of the adjusting screw 11 by longitudinally moving the movable stop 9. When screwing the adjusting screw 11, the spring 10 is compressed and the movable stop 9 makes longitudinal movement to the right, moving away from the end of the cup 2, thereby increasing the required clamping force. When the adjusting screw 11 is unscrewed, the spring 10 unclenches and the movable stop 9 moves longitudinally to the left, thereby reducing the required clamping force. Then connect the ultrasonic instrument with cable 6 to the ultrasonic generator. After that, press the waveguide 1 to the machined surface until the movable stop 9 contacts the cup 2. The elastic-inertia system is compressed, and then, using the trigger 5, trigger the ultrasonic generator through wire 12, thereby applying voltage through cable 13 to the piezoceramic acoustic system located in the glass 2, which causes oscillations of the ultrasonic frequency in it, transmitted through the waveguide 1 to the surface to be treated. The waveguide 1, in contact with the treated surface, begins to act on it with ultrasonic vibrations - at the same time, the surface is sonicated with ultrasound and its plastic deformation occurs. As a result of this, processing is carried out with constant effort.

Для изменения усилия прижима ультразвукового инструмента к обрабатываемой поверхности производится его тарирование на предмет соответствия прилагаемому усилию прижима в соответствии с конкретными условиями виброударной обработки.To change the clamping force of an ultrasonic tool to the surface to be machined, it is calibrated for compliance with the applied clamping force in accordance with the specific conditions of vibration impact processing.

Claims

An ultrasonic processing tool for strain hardening and relaxation processing, comprising a body, a glass mounted in the body, a waveguide with an acoustic system mounted in the glass, an inertia system in the form of a calibrated spring, one end of which is abutted in the inner wall of the body, and the other in the outer end glass, and a fixed handle with a remote start-stop system of the ultrasonic generator feeding the speaker system, while the glass is made with the possibility of reciprocating Tel'nykh move within the housing along the guide in the form of dowels, characterized in that it is provided with a spring-loaded movable abutment disposed in the housing and adapted to its longitudinal movement, and at operating strain calibrated spring abutment and the spring force of the stop spring force less than a calibrated spring.