SU1311888A1 - Инструмент дл ультразвуковой сварки - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области сварки, а именно к оборудованию дл  ультразвуковой сварки.

Целью изобретени   вл етс  повышение долговечности инструмента при сохранении резонансных характеристик акустического тракта (генератор, преобразователь , концентратор, инструмент со вставкой) за счет согласовани  габаритных размеров вставки с габаритными размерами стержн  инструмента и задани  новых св зей и расположени  между ними.

На фиг.1 показан инструмент, общий вид рабочего торца; на фиг.2 - разрез стержн  в плоскости оси рабочей части инструмента с износостойко вставкой.

Инструмент выполнен в виде стержн  1 с износостойкой вставкой 2, утопленной в тело стержн  1. Выступающа  часть вставки 2 составл ет 0,01-0,02 своего объема и сопр жена с поверхност ми рабочего конца стержн  1 так, что образует рабочий торец инструмента. На выступающей части вставки 2 вьтолнена рабоча  площадка 3 с продольной канавкой 4, расположенной в одной плоскости с продольной осью направл ющего отверс- ти  проволоку 6. Продольна  ось 00, вставки 2 наклонена и пересекаетс  с продольной осью 00,стержн  инструмента под углом cxL , задаваемым неравенством 30° оС 60, Дпина t вставки 2 равна (0,01-0,25Х где L длина стержн , а поперечный размер b вставки 2 выбран из неравенства 1 4Ь.

Вставка 2 создает достаточно четкие границы между материалом стержн  1 и рабочей площадкой 3, преп тствует выходу дислокаций в зону сцеплени  рабочей площадки 3 с прово локой 6. Наклонное расположение встаки 2 под углом об к оси стержн  1 повышает долговечность инструмента за счет частичной компенсации расшатывающего действи  тангенциальных на- грузок на рабочую площадку 3 за счет уменьшени  веро тности ее выпадани  в расшатанном состо нии под действием собственного веса и сил адгезии ее материала с материалом про- волоки 6, а также за счет уменьшени  объема-неоднородности стержн  J.

Величина объема неоднородности Vy определ етс  выражением:

1311888

,

(1)

где S - площадь сечени  стержн  1j 1 - высота неоднородности (перпендикул рна  S).

Аналогично определ етс  и расшатывающий момент My сил трени  (фиг. который запишетс  в виде:

М,- Fxl,. (2) Величина 1 при наклонном расположении вставки 2 длиной 1 с углом об наклона ее оси к оси стержн  1 определ етс  выражением:

1 cos oi,.

(3)

Откуда видно, что и объем Vy и момент М Y будут минимальны, если . Разумно ограничить условием отсутстви  материала вставки 2 в элементах отверсти  5, Это значит, что вставка 2 своей нижней границей должна касатьс  точки М вершины заходного конуса отверсти  5. Расчеты показывают, что в этом случае угол LMQB 30 АО и тогда

90°- 30° 40 60° (4)

Экспериментальные значени  дл  наиболее распространенных типоразмеров микросварочных инструментов показали значени  067 50-54 . Подставл   значени  ы/, 54 в формулы объема V и момента М и сравнива  их с полыми значени ми (об 0) при тех же значени х 1, получим, что и тот, и другой уменьшили свои значени  в 1,7 раза.

Однако в других типоразмерах инст-. румента, например в инструментах дл  глубоких колодцев корпуса монтируемого прибора 7, вполне может ока- затьс  значение оптимального об меньше 60 . Поэтому дл  определени  значени  йif следует исходить из того услови , что стенка вставки 2, обращенна  к направл ющему отверстию 5, должна образовывать подрезающий угол L AQB. Это условие необходимо учитывать,так как, если задать L 90-Z.AQB, то м гкий материал : стержн  1 плохо подрезает проволоку на второй сварке и служит проводником дл  выхода дислокаций и других дефектов в зону проволока 6 - рабоча . площадка 3.

Оптимальный подрезающий угол LAQb должен равн тьс  60 . Следовательно,

90°- - 60°. 30°,

Ооздание естественных границ меж- з ду вставкой 2 и стержнем 1 предполагает прессовую посадку, прочность которой будет достаточной, если выполн етс  соотношение: длина запрессованкой части больше 4-5 ее диамет- 0 ди контакта А. Следовательно,

ров.

Таким образом, оценки, приведенные в (4) и (5), доказывают справедливость выбранных границ угла об ,

растут и силы трени  F, но F растет быстрее из-за того, что контактное трение скольжени  вместе с пластическим течением и ростом А,

а услови  прочности креплени  прессо- -5 стрем щемс  к Aq, приводит к образовой посадки оправдьгеает выбор поперечного размера b вставки.

Инструмент работает следующим образом .

ванию мостиков схватьгоани , т.е. к росту удельной силы трени .(jj по сравнению с у . Рост F увеличивает расшатывающий момент,действую- Стержень 1 инструмента закрепл ют 20 щий на вставку 2, и благопри тствует

за противоположный рабочему торцу передаче УЗ энергии в решетку проконец в гнезда концентратора (не по- волоки 6.

казан) сварочной машины. Проволоку 6 ,.

,.Как известно, с ростом деформации

через направл ющее отверстие 5 по--г - 17 25 растет сопротивление материала этодают под рабочую площадку 3. Инстру- ,

му деформированию а с ростом контактных площадей Ад и А уменьшаетс  давление на проволоку 6.Поэтому по мере роста деформации сопротивление деформированию и давление постепен30

мент опускают и с помощью канавки 4 центрируют ее, прижимают к монтируемому прибору 7 и обжимают. После чего включают ультразвук, который распростран етс  по акустическому .тракту так, что рабоча  площадка 3 инструмента совершает периодические колебани  вдоль оси проволоки 6. За счет посто нной нормальной нагрузки, сжимающей инструмент 1, проволоку 6 и 35 монтируемый прибор 7, между поверхност ми канавки 4 и проволоки 6 вознино выравниваютс  и деформаци  прекращаетс  . В этот момент

FO

Подбором времени действи  ультразвукового импульса, величины нор.маль- ной сжимающей технологической нагрузки и акустической мощности добиваютс  такого положени , чтобы процесс сварки оканчивалс  вместе с прекращением деформации и выравниванием сил трени  в контактных зонах.

40

Подбором времени действи  ультразвукового импульса, величины нор.маль ной сжимающей технологической нагруз ки и акустической мощности добиваютс  такого положени , чтобы процесс сварки оканчивалс  вместе с прекращением деформации и выравниванием сил трени  в контактных зонах.

Наличие вставки 2 вносит неоднородность в акустический тракт, котора  частично гасит колебани .,Чтобы компенсировать эти потери, прихокает сила трени  поко  F VP А, где фд - удельна  сила трени , Ад- поверхность мгновенного контакта в зоне проволоки 6 - инструмент (зона а ), котора  больше силы трени  поко  Fg зоне проволока 6 - монтируемый прибор 7 (зона В , фиг.2) дитс  увеличивать входную мощность Разница между F и F определ ет- генератора. Это увеличение позвол ет с  тем, что при ( в первые момен- преодолеть пассивность системы при ты деформации Ад 2Ав. Поэтому в пер- слабых воздействи х (в начале про- вый же момент- приложени  тангенциаль- цесса сварки). Но по мере роста ной силы упругих колебаний стержн  .1 Q деформации жесткость системы растет, происходит срыв проволоки 6 по отношению к монтируемому прибору 7 и,трепроводимость акустического увеличиваетс  и избыток мощности оказываетс  лишним, так как приводит к срыву инструмента 1 относительно проволоки 6. Он начинает проскальзывать , увеличива  веро тность сдвиговых деформаций и тем самым увеличива  веро тность адгезии материала проволоки 6 к рабочей площадке З. Тание -поко  Fg переходит в трение скольжени , меньшее F. Однако, хот  .эта сила трени  скольжени  и мала, но она отлична от нул . Поэтому имеютс  достаточные услови  дл  передачи УЗ энергии в объем проволоки 6, наход щейс  под инструментом

котора  расшатывает .решетку материала проволоки 6. Этому же способствует и теплова  энерги  трени  скольжени  проволоки 6 по прибору 7. Пластичность материала проволоки. 6 повышаетс , деформаци  ее растет, инструмент 1 опускаетс , проволока 6 сминаетс , мен ет свою форну, причем таким образом, что возрастают площарастут и силы трени  F, но F растет быстрее из-за того, что контактное трение скольжени  вместе с пластическим течением и ростом А,

стрем щемс  к Aq, приводит к образому деформированию а с ростом контактных площадей Ад и А уменьшаетс  давление на проволоку 6.Поэтому по мере роста деформации сопротивление деформированию и давление постепен

но выравниваютс  и деформаци  прекра щаетс  . В этот момент

FO

Подбором времени действи  ультразвукового импульса, величины нор.маль- ной сжимающей технологической нагрузки и акустической мощности добиваютс  такого положени , чтобы процесс сварки оканчивалс  вместе с прекращением деформации и выравниванием сил трени  в контактных зонах.

Наличие вставки 2 вносит неоднородность в акустический тракт, котора  частично гасит колебани .,Чтобы компенсировать эти потери, приходитс  увеличивать входную мощность генератора. Это увеличение позвол ет преодолеть пассивность системы при слабых воздействи х (в начале про- цесса сварки). Но по мере роста деформации жесткость системы растет,

дитс  увеличивать входную мощность генератора. Это увеличение позвол ет преодолеть пассивность системы при слабых воздействи х (в начале про- цесса сварки). Но по мере роста деформации жесткость системы растет,

проводимость акустического увеличиваетс  и избыток мощности оказываетс  лишним, так как приводит к срыву инструмента 1 относительно проволоки 6. Он начинает проскальзывать , увеличива  веро тность сдвиговых деформаций и тем самым увеличива  веро тность адгезии материала проволоки 6 к рабочей площадке З. Та

КИМ образом, вставка, защища  своими границами рабочую площадку 3 от выхода на нее из объема стержн  1 дефектов решетки,  вл ющихс  центрами адгезии материала проволоки 6 к инструменту 1, становитс  причиной другого вида процессов (сдвиговых), привод щих к той же адгезии.

Уменьшить этот нежелательный эф-; фект можно, если заставить колебатьс  вставку 2 как единое целое со i стержнем 1. Поэтому вставка 2 утоплена в тело стержн  1 с 98% охватом ее поверхности. Кроме того, требуетс , чтобы объем вставки 2 был значительно меньше объема рабочей части стержн  1. Однако с уменьшением объма вставки возникают трудности с ее креплением. Поэтому размеры вставки должны быть минимально возможными дл  уменьшени  рассогласовани  акустического тракта и максимально допустимыми дл  обеспечени  надежного крелени  ее в стержне 1.

Экспериментально установлено, что согласованна  относительна  длина вставки 2 при ее диаметре В 0,1- 0,20 мм составл ет 0,01-0,25 длины стержн  с учетом того,что она утоплена в его тело на глубину не менее 4 своих диаметров о

Задание согласованной длины 1 вставки и св зи между этой длиной и ее диаметром полностью определ ют ее

118886

габариты. Положение вставки, задаваемое углом oi , сй зывает ее со стержнем инструмента.

Предлагаемый инструмент позвол ет за счет уменьшени  расшатывающего момента и согласовани  габаритных размеров вставки с габаритными размерами стержн  повысить долговечность

микросваро 1ного инструмента в 4 раза..

1, . .

Использование инструмента дл  ультразвуковой сварки с согласованной вставкой, расположенной наклонно к оси стержн , позвол ет уменьшить расходы по выпуску инструмента, повысить производительность сварочных установок и увеличить врем  безотказной работы автоматических роботизированных комплексов сварки.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Инструмент дл  ультразвуковой сварки, содержащий стержень с наклонным направл ющим отверстием дл  проволоки и износостойкую вставку с рабочим торцом, отл. и.чающийс  тем, что, с целью повьшени  долговечности , износостойка  вставка уста- новлена под углом 30 oL 60 к продольной оси стержн , а длина вставки Е выбрана из соотношени  к (0,01-0,25)1 , .где L - длина стержн  инструмента.

   ВНИИПИ Заказ 1921/13

   фиг г

   Тираж 976

   Подписное

   Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4