RU2571246C1 - Apparatus for inputting ultrasonic vibrations during thread cutting - Google Patents

Apparatus for inputting ultrasonic vibrations during thread cutting Download PDF

Info

Publication number
RU2571246C1
RU2571246C1 RU2014128625/02A RU2014128625A RU2571246C1 RU 2571246 C1 RU2571246 C1 RU 2571246C1 RU 2014128625/02 A RU2014128625/02 A RU 2014128625/02A RU 2014128625 A RU2014128625 A RU 2014128625A RU 2571246 C1 RU2571246 C1 RU 2571246C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
workpiece
ultrasonic vibrations
free end
vibration source
Prior art date
Application number
RU2014128625/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Яковлевич Березин
Александр Романович Карпов
Ирина Михайловна Кулеш
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ")
Priority to RU2014128625/02A priority Critical patent/RU2571246C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2571246C1 publication Critical patent/RU2571246C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: apparatus comprises a vibration source and a waveguide. The waveguide is in the form of a flexible coiled steel metal hose which is densely filled with a line of ceramic spheres with craters, wherein the waveguide is rigidly connected by one end to the vibration source, and the free end of the waveguide is linked to a forked clamp for mounting a workpiece. The apparatus may be provided with a pusher which is mounted on the free end of the waveguide, and the spheres of the waveguide may have a variable diameter and crater depth, which increase towards the vibration source.
EFFECT: broader functional capabilities and high mobility of the apparatus owing to independence of the system for inputting ultrasonic vibrations from the workpiece and the cutting tap.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для повышения эффективности нарезания внутренней резьбы метчиками с использованием энергии ультразвуковых колебаний.The invention relates to mechanical engineering and is intended to improve the efficiency of tapping with the use of energy of ultrasonic vibrations.

Известно устройство для наложения ультразвуковых колебаний на метчик, содержащее источник колебаний и жесткий угловой волновод, контактирующий с боковой поверхностью метчика через вильчатый наконечник. Волновод расположен перпендикулярно режущей кромке метчика (см. патент РФ №2252843, МПК B23G 1/16, опубл. 27.05.2005).A device is known for applying ultrasonic vibrations to a tap, comprising a source of oscillations and a rigid angular waveguide in contact with the side surface of the tap through a fork tip. The waveguide is located perpendicular to the cutting edge of the tap (see RF patent No. 2252843, IPC B23G 1/16, publ. 05.27.2005).

К недостаткам данного устройства можно отнести следующие:The disadvantages of this device include the following:

1. Стандартные машинные метчики имеют весьма пологий угол режущей кромки, в пределах 6-12,5°, что предполагает почти перпендикулярное расположение волновода к метчику. Поскольку устройство заявлено для мелкоразмерных резьб, то прижатие такого волновода для акустического контакта вызовет искривление оси метчика и его перекос в отверстии;1. Standard machine taps have a very gentle angle of the cutting edge, in the range of 6-12.5 °, which implies an almost perpendicular arrangement of the waveguide to the tap. Since the device is claimed for small-sized threads, pressing such a waveguide for acoustic contact will cause the axis of the tap to bend and skew in the hole;

2. Устройство не обеспечит надежного акустического контакта, т.к. в конце нарезания вильчатый наконечник уже не контактирует с перьями метчика, а переходит на его гладкую часть, и смысл в его угловом расположении теряется. Кроме того, прижатие вильчатого наконечника к перьям метчика влечет быстрый его износ.2. The device will not provide reliable acoustic contact, because at the end of the cutting, the forked tip no longer contacts the feathers of the tap, but switches to its smooth part, and the meaning in its angular arrangement is lost. In addition, pressing the fork tip to the feathers of the tap entails rapid wear.

Известно также устройство для подвода ультразвуковых колебаний к корпусной детали, содержащее источник колебаний и жесткий волновод (см. патент РФ №2290282, МПК B23G 1/16, опубл. 27.12.2006).It is also known a device for supplying ultrasonic vibrations to a body part containing a vibration source and a rigid waveguide (see RF patent No. 2290282, IPC B23G 1/16, publ. 12/27/2006).

Возможности такого устройства ограничены массой заготовки, а также тем, что волновод не обеспечивает строгой направленности ультразвуковых колебаний на зону резьбообразования. При габаритных заготовках энергия колебаний будет рассеиваться в материале, и в зону резьбообразования попадет только незначительная ее часть. Конструкция волновода не позволяет направить колебания вдоль оси отверстия, т.к. значительная часть энергии будет затрачена на сдвиговые микродеформации между его лапой и установочной плоскостью заготовки. Устройство не позволяет подводить колебания к группе отверстий, т.к. в нем не предусмотрена возможность позиционирования волновода. Кроме того, расположение источника колебаний и волновода совместно с заготовкой загромождает рабочее пространство станка.The capabilities of such a device are limited by the mass of the workpiece, and also by the fact that the waveguide does not provide a strict directivity of ultrasonic vibrations to the area of thread formation. With dimensional workpieces, the vibrational energy will be dissipated in the material, and only an insignificant part of it will fall into the threading zone. The waveguide design does not allow you to direct the oscillations along the axis of the hole, because a significant part of the energy will be spent on shear microstrains between his paw and the mounting plane of the workpiece. The device does not allow to supply oscillations to a group of holes, because it does not provide for the possibility of positioning the waveguide. In addition, the location of the oscillation source and the waveguide together with the workpiece clutters the working space of the machine.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей и повышение мобильности устройства за счет создания независимой от заготовки системы подвода ультразвуковых колебаний.The technical result of the proposed device is to expand the functionality and increase the mobility of the device by creating independent from the workpiece system for supplying ultrasonic vibrations.

Результат достигается тем, что устройство для подвода ультразвуковых колебаний при нарезании резьбы, содержащее источник колебаний и волновод, отличается тем, что волновод выполнен в виде гибкого стального витого металлорукава, плотно заполненного рядом керамических шариков с лунками, при этом одним концом волновод жестко соединен с источником колебаний, а свободный конец волновода снабжен вильчатым прихватом для закрепления заготовки.The result is achieved in that the device for feeding ultrasonic vibrations when threading, containing an oscillation source and a waveguide, is characterized in that the waveguide is made in the form of a flexible steel twisted metal sleeve tightly filled with a number of ceramic balls with holes, while the waveguide is rigidly connected to the source at one end oscillations, and the free end of the waveguide is equipped with a fork tack to secure the workpiece.

Устройство отличается также тем, что оно может быть снабжено толкателем, установленным на свободном конце волновода.The device is also characterized in that it can be equipped with a pusher mounted on the free end of the waveguide.

Устройство отличается также тем, что шарики волновода могут быть выполнены с переменными диаметром и глубиной лунки, с увеличением их в сторону источника колебаний.The device also differs in that the balls of the waveguide can be made with variable diameter and depth of the hole, with an increase in the direction of the oscillation source.

Гибкость волновода основана на применении в нем керамических шариков с лунками. Лунки шариков обеспечивают жесткую осевую фиксацию линии волновода и устраняют боковое выдавливание шариков. Керамика, в отличие от стали, исключает схватывание и сваривание материала при воздействии ультразвуковых колебаний.The flexibility of the waveguide is based on the use of ceramic balls with holes in it. The hole of the balls provide a rigid axial fixation of the waveguide line and eliminate lateral extrusion of the balls. Ceramics, unlike steel, exclude setting and welding of the material when exposed to ultrasonic vibrations.

В отличие от прототипа, применение гибкого волновода позволяет повысить мобильность ультразвуковой системы и сделать ее независимой от элементов рабочей зоны станка и конструктивных параметров детали. Наличие фланцевых элементов крепления концов волновода обеспечивает осевое сжатие шариков и надежную акустическую связь неподвижного источника колебаний с подвижными элементами их подвода в совокупности с деталями закрепления заготовки. Возможны и другие варианты, когда источник колебаний подвижен, а элемент подвода закреплен, или когда и тот, и другой движутся с разными скоростями или на разные расстояния.Unlike the prototype, the use of a flexible waveguide makes it possible to increase the mobility of the ultrasound system and make it independent of the elements of the working area of the machine and the structural parameters of the part. The presence of flange elements for attaching the ends of the waveguide provides axial compression of the balls and reliable acoustic coupling of a stationary oscillation source with movable elements for their supply in conjunction with the parts for securing the workpiece. Other options are possible when the oscillation source is movable and the supply element is fixed, or when both of them move at different speeds or at different distances.

Гибкая конструкция волновода расширяет функциональные возможности устройства, так как позволяет реализовать любую схему подвода акустической энергии к зоне резьбообразования относительно отверстия: сверху, сбоку, снизу и пр. Прототип подобными возможностями не обладает.The flexible design of the waveguide expands the functionality of the device, since it allows you to implement any scheme for supplying acoustic energy to the area of thread formation relative to the hole: from above, from the side, from below, etc. The prototype does not have such capabilities.

В отличие от прототипа, гибкий шариковый волновод обладает универсальностью в силу того, что он может быть легко заменен на другой конструктивный вид, например на волновод с другой длиной или другим поперечным размером или волновод - усилитель скорости колебаний (концентратор), содержащий шарики с диаметром, увеличивающимся в сторону источника колебаний.Unlike the prototype, a flexible ball waveguide is versatile due to the fact that it can be easily replaced by another structural type, for example, a waveguide with a different length or other transverse size, or a waveguide — an oscillation velocity amplifier (concentrator) containing balls with a diameter increasing towards the source of oscillations.

Эффективность подвода акустической энергии можно повысить, если приводную часть элементов зажима детали отделить от волноводной части виброизолирующими прокладками, например текстолитовыми или свинцовыми.The efficiency of the supply of acoustic energy can be increased if the drive part of the clamping elements of the part is separated from the waveguide part by vibration isolating pads, for example textolite or lead.

На фиг. 1 представлено устройство для подвода ультразвуковых колебаний при резьбонарезании. Оно содержит метчик 1, заготовку с отверстием 2, которая зажимается и освобождается вильчатым прихватом 3 с помощью тяги 4, пневмоцилиндра 5 и пружины 6. Для повышения концентрации ультразвука и устранения паразитных рассеиваний энергии прихват своей тыльной стороной опирается на опорное основание через виброизолирующую прокладку 7.In FIG. 1 shows a device for supplying ultrasonic vibrations when threading. It contains a tap 1, a workpiece with a hole 2, which is clamped and released by a fork stick 3 using a rod 4, a pneumatic cylinder 5 and a spring 6. To increase the ultrasound concentration and eliminate spurious energy dissipation, the stick with its back side rests on the support base through a vibration-isolating gasket 7.

Ультразвуковые колебания передаются заготовке 2 через прихват 3 от гибкого волновода в виде витого металлорукава 8, наполненного керамическими шариками 9 с лунками, при этом шарики прижаты друг к другу по своим лункам между источником колебаний 10 и прихватом с помощью накидных гаек 11, приварных клемм 12 и фланцевых креплений 13.Ultrasonic vibrations are transmitted to the workpiece 2 through the tack 3 from the flexible waveguide in the form of a twisted metal sleeve 8 filled with ceramic balls 9 with holes, while the balls are pressed against each other through their holes between the oscillation source 10 and the tack by means of union nuts 11, welded terminals 12 and flange mounts 13.

На фиг. 2 представлен вариант гибкого волновода, выполняющего роль концентратора колебаний или усилителя скорости колебаний. Металлорукав 8 заполнен керамическими шариками 9 с лунками, при этом шарики сжаты по своим лункам приварными клеммами 12 через концевые ограничители. Клеммы имеют накидные гайки 11 крепления металлорукава.In FIG. Figure 2 shows a variant of a flexible waveguide acting as a vibration concentrator or oscillation velocity amplifier. The metal sleeve 8 is filled with ceramic balls 9 with holes, while the balls are compressed into their holes by welded terminals 12 through end stops. The terminals have union nuts 11 for fastening the metal hose.

Шарики имеют диаметр, увеличивающийся в сторону источника колебаний.The balls have a diameter increasing towards the source of oscillation.

На фиг. 3 и 4 показаны другие возможные схемы подвода ультразвуковых колебаний. На фиг. 3 приведен вариант подвода колебаний к отверстию сбоку. При этом зажимной толкатель 14, несущий волновод 8, после позиционирования заготовки подводится к боковой ее поверхности таким образом, чтобы угловая апертура колебаний α перекрывала бы основную часть образующей отверстия.In FIG. 3 and 4 show other possible schemes for supplying ultrasonic vibrations. In FIG. Figure 3 shows the option of supplying vibrations to the hole on the side. In this case, the clamping plunger 14, carrying the waveguide 8, after positioning the workpiece is brought to its lateral surface so that the angular aperture of the oscillations α would overlap the main part of the forming hole.

На фиг. 4 показан случай подвода колебаний к кромке заготовки. Для этого используется угловой толкатель 14 с волноводом 8, а апертура колебаний также должна перекрывать всю глубину отверстия.In FIG. 4 shows the case of supplying vibrations to the edge of the workpiece. For this, an angular pusher 14 with a waveguide 8 is used, and the vibration aperture should also cover the entire depth of the hole.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Перед резьбонарезанием метчик 1 находится вверху, а заготовка 2 освобождена от вильчатого прихвата 3, т.к. тяга 4 и поршень пневмоцилиндра 5 находятся в верхнем положении и прихват приподнят пружиной 6. Нижняя часть волновода 8 также приподнимается вместе с прихватом, при этом источник колебаний 10 неподвижен. Заготовка позиционируется в новое положение столом станка для нарезания резьбы в следующем отверстии. После остановки стола и заготовки срабатывает пневмоцилиндр 5, и заготовка 2 зажимается вильчатым прихватом 3 с опорой его тыльной стороны на виброизолирующую прокладку 7. Нижняя часть волновода 8 с шариками 9 также опускается вместе с прихватом, т.к. связана с ним клеммой 12, накидной гайкой 11 и фланцевым креплением 13. После зажима заготовки включается источник колебаний 10, метчик 1 идет вниз и нарезает отверстие.The operation of the device is as follows. Before threading, tap 1 is at the top, and workpiece 2 is freed from fork tack 3, because the rod 4 and the piston of the pneumatic cylinder 5 are in the upper position and the tack is raised by the spring 6. The lower part of the waveguide 8 is also lifted along with the tack, while the oscillation source 10 is stationary. The workpiece is positioned in a new position by the machine table for threading in the next hole. After stopping the table and the workpiece, the pneumatic cylinder 5 is activated, and the workpiece 2 is clamped with a fork tack 3 with the back of its support on the vibration-isolating gasket 7. The lower part of the waveguide 8 with balls 9 also lowers along with the tack, because connected to it by terminal 12, union nut 11 and flange fastening 13. After clamping the workpiece, the oscillation source 10 is turned on, tap 1 goes down and cuts the hole.

Предложенное техническое решение расширяет функциональные возможности устройства, делает его более мобильным относительно элементов рабочей зоны станка и повышает конструктивную универсальность устройства.The proposed technical solution extends the functionality of the device, makes it more mobile relative to the elements of the working area of the machine and increases the structural versatility of the device.

Claims (3)

1. Устройство для подвода ультразвуковых колебаний при нарезании резьбы в заготовке, содержащее источник колебаний и волновод, отличающееся тем, что волновод выполнен в виде гибкого стального витого металлорукава, плотно заполненного рядом керамических шариков с лунками, при этом одним концом волновод жестко соединен с источником колебаний, а свободный конец волновода соединен с вильчатым прихватом, предназначенным для закрепления заготовки.1. A device for supplying ultrasonic vibrations when threading a workpiece, containing an oscillation source and a waveguide, characterized in that the waveguide is made in the form of a flexible steel twisted metal sleeve tightly filled with a number of ceramic balls with holes, with one end of the waveguide rigidly connected to the oscillation source and the free end of the waveguide is connected to a fork tack designed to secure the workpiece. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено толкателем, установленным на свободном конце волновода.2. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with a pusher mounted on the free end of the waveguide. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что шарики волновода выполнены с переменным диаметром и глубиной лунки, с увеличением их в сторону источника колебаний. 3. The device according to p. 1 or 2, characterized in that the balls of the waveguide are made with a variable diameter and depth of the hole, with an increase in the direction of the oscillation source.
RU2014128625/02A 2014-07-11 2014-07-11 Apparatus for inputting ultrasonic vibrations during thread cutting RU2571246C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014128625/02A RU2571246C1 (en) 2014-07-11 2014-07-11 Apparatus for inputting ultrasonic vibrations during thread cutting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014128625/02A RU2571246C1 (en) 2014-07-11 2014-07-11 Apparatus for inputting ultrasonic vibrations during thread cutting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2571246C1 true RU2571246C1 (en) 2015-12-20

Family

ID=54871296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014128625/02A RU2571246C1 (en) 2014-07-11 2014-07-11 Apparatus for inputting ultrasonic vibrations during thread cutting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2571246C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU394171A1 (en) * 1971-03-01 1973-08-22 DEVICE FOR CUTTING INNER THREAD BY ULTRASOUND
RU2252843C1 (en) * 2004-01-16 2005-05-27 Ульяновский государственный технический университет Method for cutting internal threads by means of axial tool at applying ultrasound oscillations
RU2290282C1 (en) * 2005-04-22 2006-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Apparatus for applying ultrasonic oscillations to blank at cutting thread

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU394171A1 (en) * 1971-03-01 1973-08-22 DEVICE FOR CUTTING INNER THREAD BY ULTRASOUND
RU2252843C1 (en) * 2004-01-16 2005-05-27 Ульяновский государственный технический университет Method for cutting internal threads by means of axial tool at applying ultrasound oscillations
RU2290282C1 (en) * 2005-04-22 2006-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Apparatus for applying ultrasonic oscillations to blank at cutting thread

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3863826A (en) Sonic or ultrasonic apparatus
JP5683632B2 (en) Ultrasonic welding device and method of operating the device
CN107932087A (en) The conical helical spring fixture of nonlinear vibration moving platform
CN107252966B (en) Ultrasonic metal welding device
CN207723879U (en) The conical helical spring fixture of nonlinear vibration moving platform
US20200282492A1 (en) Method for ultrasonic welding
RU2015151033A (en) TOOL, MACHINE AND METHOD OF MECHANICAL PROCESSING OF PREPARATIONS
KR20190020760A (en) Ultrasonic vibration imparting unit and ultrasonic processing apparatus
CN105397270A (en) Ultrasonic welding machine
CN207272423U (en) ultrasonic welding unit and ultrasonic welding machine
RU2571246C1 (en) Apparatus for inputting ultrasonic vibrations during thread cutting
JP2016508884A (en) Ultrasonic collet horn for ultrasonic welding machine
US3027690A (en) Ultrasonic machine
RU2011127833A (en) METHOD FOR REMAINING RESIDUAL STRESSES IN RING WELDED METAL CONNECTIONS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION AT FLUID WELDING
CN108698176B (en) Clamping device and welding device
RU140332U1 (en) ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM FOR PROCESSING MATERIALS
CN207140370U (en) A kind of ultrasonic welding machine being used for syringe welding
JP7492391B2 (en) Ultrasonic bonding device, tip member of ultrasonic bonding device, and method for attaching tip member
CN107685189B (en) Vibration welding system and method
CN205290056U (en) Ultrasonic welding machine
KR101203827B1 (en) ultrasonic welding device
CN205290057U (en) Ultrasonic transducer fixed establishment
KR102590091B1 (en) ultrasonic welding device
CN103506795A (en) Vice type clamping device used for welding
RU2301731C1 (en) Apparatus for ultrasonic welding

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190712