UA87006C2 - Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів - Google Patents
Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів Download PDFInfo
- Publication number
- UA87006C2 UA87006C2 UAA200706372A UAA200706372A UA87006C2 UA 87006 C2 UA87006 C2 UA 87006C2 UA A200706372 A UAA200706372 A UA A200706372A UA A200706372 A UAA200706372 A UA A200706372A UA 87006 C2 UA87006 C2 UA 87006C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- ultrasonic
- container
- housing
- transducer
- tool
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 title abstract description 19
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 title abstract 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 25
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 22
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000001055 chewing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- -1 BKY METALS Chemical class 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 1
- 244000208060 Lawsonia inermis Species 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 210000004124 hock Anatomy 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000010979 ruby Substances 0.000 description 1
- 229910001750 ruby Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
- B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
- B24B39/006—Peening and tools therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
Винахід належить до галузі технологічного використання енергії ультразвукових коливань і може бути застосований в машинобудівній, суднобудівній та інших галузях промисловості, зокрема для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металевих поверхонь і зварювальних швів, відповідальних конструкцій, що працюють в умовах вібраційного навантаження. Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів містить корпус, в якому встановлений металевий стакан, що з зазором охоплює ультразвуковий п'єзокерамічний перетворювач з ТКШ, державку з ударними елементами, стопор у вигляді штифта, розміщеного у корпусі і встановленого на поверхні стакана, систему повітряного охолодження, датчик температур. При цьому стакан змонтовано з можливістю пружного осьового зворотно-поступального руху відносно корпусу, що реєструється датчиком. Датчик включений в систему запуску генератора ультразвукових коливань. Згідно з винаходом, додатково в корпусі вмонтовано індикатор сили притиску ударних елементів у вигляді індикатора зміщення стопора. Датчик температури встановлений на ультразвуковому перетворювачі. В дні стакана виконано отвір для подачі повітря, а в ТКШ - наскрізні отвори. Державку перфоровано отворами в бік поверхні, що обробляється. Ультразвуковий перетворювач і ТКШ в об'ємі стакана мають теплообмінну поверхню у вигляді ребер, висота яких менша зазору між стаканом і ультразвуковим перетворювачем з ТКШ, вихідний торець останнього і вихідні торці ударних елементів виконано твердосплавними. Датчик зворотно-поступального руху виконаний магнітним і встановлений в стака�
Description
(б1ї) МПК (2009)
КИ в248 39/00
МИ во6в 1/00 в248 1/04
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
Ї НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ о, п И С
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД
ВЛАСНОСТІ нЛляМШЛМНЛООВООНВЦ ТТ ЮІЕИКККІІИІІІІІОООТІТЬЬОООЬЬИЕІШШШШШШОЛІО.О ООЛІООИООВВОВООЛОВЛЛІЕИТОКОЛИЛОЬИХОХВОИСТЛООХХЬТТЬТЬИТНЬТЬТЬОСХХІХОТЛТИТТООХЗООТОВОООООВВЛОЛОВТИИОТОТИОТОИТНЯ» (54) УЛЬТРАЗВУКОВИЙ ІНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДЕФОРМАЦІЙНОГО ЗМІЦНЕННЯ І РЕЛАКСАЦІЙНОЇ ОБРО-
БКИ МЕТАЛІВ
1 2 (21) а200706372 гляді штифта, розміщеного в поздовжньому пазу (22) 08.06.2007 корпусу і встановленого на поверхні стакана, сис- (24) 10.06.2009 тему повітряного охолодження, датчик температу- (46) 10.06.2009, Бюл.Ме 11, 2009 р. ри, при цьому стакан змонтовано з можливістю (72) ПРОКОПЕНКО ГЕОРГІЙ ІВАНОВИЧ, ЛУГО- пружного осьового зворотно-поступального руху
ВСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ, ЧОРНИЙ відносно корпусу, що реєструється датчиком, дат-
ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, МОВЧАНЮК АНДРІЙ ВАЛЕ- чик включений в систему запуску генератора ульт-
РІЙОВИЧ, КЛЕЙМАН ЯКОБ ІСАКОВИЧ, СА, КУД- развукових коливань, який відрізняється тим, що
РЯВЦЕВ ЮРІЙ ФІЛІПОВИЧ, СА додатково в корпусі вмонтовано індикатор сили (73) ПРОКОПЕНКО ГЕОРГІЙ ІВАНОВИЧ, ЛУГО- притиску ударних елементів у вигляді індикатора
ВСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ, ЧОРНИЙ зміщення стопора, а датчик температури встанов-
ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, МОВЧАНЮК АНДРІЙ ВАЛЕ- лений на ультразвуковому перетворювачі, в дні
РІЙОВИЧ, КЛЕЙМАН ЯКОБ ІСАКОВИЧ, СА, КУД- стакана виконано отвір для подачі повітря, а в
РЯВЦЕВ ЮРІЙ ФІЛІПОВИЧ, СА ТКШ - наскрізні отвори, що з'єднують порожнину (56) ША 68264 С2, 15.07.2004 стакана із простором між вихідним кінцем ТКШ і
КИ 2179919 С2, 27.02.2002 насадкою, державку перфоровано отворами в бік в 2266805 С1, 27.12.2005 поверхні, що обробляється, ультразвуковий пере- см
ОА 9175 , 15.09.2005 творювач з ТКШ в об'ємі стакана мають теплооб- о
У 472782, 29.09.1975 мінну поверхню у вигляді ребер, висота яких мен-
ЗУ 1074705 А, 23.02.1984 ша зазору між стаканом і ультразвуковим 5 ов 1143789, 26.02.1969 перетворювачем з ТКШ, вихідний торець остан- -
ОВ 1009161, 10.11.1965 нього і вихідні торці ударних елементів виконано (57) Ультразвуковий інструмент для деформацій- твердосплавними, наприклад з твердосплавним ного зміцнення і релаксаційної обробки металів, покриттям, по відношенню до матеріалу повер- («е) що містить корпус, в якому встановлений на на- хонь, з якими вони контактують, датчик зворотно- о прямних ковзання металевий стакан, що з зазором поступального руху виконаний магнітним і встано- І ав) охоплює ультразвуковий п'єзокерамічний перетво- влений в стакані із немагнітного матеріалу, а маг- че рювач з трансформатором коливальної швидкості ніт закріплений в корпусі, між крайкою стакана і с (ТКШ), який вузловою площиною зв'язаний із край- повернутим до неї торцем корпусу встановлено - кою стакана, куди прикріплена циліндрична насад- пружину стиснення, розміщену в пневмокамері, май ка, що вмонтована коаксіально вихідному кінцю яка створена циліндричними поверхнями корпусу і
ТКШ, на вільному кінці якої пружно зафіксована стакана і з'єднана із зовнішнім середовищем через державка з ударними елементами, стопор у ви- демпферну щілину. « - - о.» Ед
Винахід відноситься до області технологічного швів, відповідальних конструкцій, що працюють в використання енергії ультразвукових коливань і умовах вібраційного навантаження. може бути застосований в машинобудівній, судно- Поверхневе зміцнення металевих виробів і будівній та інших галузях промисловості, зокрема зварних швів, як заключна технологічна операція, для деформаційного зміцнення і релаксаційної значно збільшує працездатність деталей машин, обробки металевих поверхонь і зварювальних підвищує їх якість і строк служби. На сьогоднішній день значне поширення отримали методи поверх-
невої обробки з допомогою пластичної деформа- прокладки, джерело збудження, що складається із ції, такі як обробка кульками, роликами, дробест- магнітострикційного перетворювача і хвилевідного руменевий наклеп, віброобкатування та інші. Зна- трансформатора, розміщене в корпусі з можливіс- чно підвищився інтерес до високоенергетичних тю зворотно-поступального руху відносно нього, а видів обробки поверхні, до яких відноситься і по- також обойму з бойками, що встановлена співвісно верхневе зміцнення з допомогою ультразвукових з хвилевідним трансформатором і систему охоло- коливань. Результати випробувань і практика екс- дження, згідно винаходу система охолодження плуатації показують, що при обробці металів і осо- повітряна, а джерело збудження закріплене у вту- бливо високоміцних матеріалів, ультразвуковий лці, що встановлена на зв'язані з корпусом напря- спосіб є достатньо ефективним. З його допомогою мники ковзання, при цьому між зовнішньою повер- вдалося добитися суттєвого підвищення механіч- хнею втулки і внутрішньої поверхні корпуса є них властивостей конструкційних матеріалів, осо- зазор. бливо втомної міцності і зносостійкості. В свою У відомому пристрої використання повітряної чергу, продуктивність і якість процесу ультразву- системи охолодження для відводу великої кількос- кової обробки, зручності в роботі в значній мірі ті тепла від магнітостриктора без теплообмінної залежить від конструкції ультразвукового інстру- поверхні знижує її ефективність, а за відсутності менту. датчика температури може привести до перегріву і
Відомий ультразвуковий обробний інструмент поломки інструменту, друге джерело тепла, обой- (патент Росії Ме2266805 СІ, МПК вВ248 39/00, ма з бойками, що сильно нагрівається під час ро- 2005) що містить акустичну систему, в склад якої боти, взагалі не піддається примусовому охоло- входять магнітострикційний перетворювач і жорст- дженню, тому воно додатково нагріває джерело ко з'єднаний з ним трансформатор коливальної збудження і може привести до опіків оператора. швидкості (ТКШ), розміщені в корпусі, оснащеному Іншим недоліком відомого пристрою є його недов- системою охолодження, в якому встановлена на говічність, яка викликана руйнівною дією поверхні, одній осі з акустичною системою пружина з мож- що обробляється, на бойки, а ті в свою чергу руй- ливістю виявляти на неї прижимну дію на оброб- нують випромінюючу поверхню хвилевідного лювальний об'єкт, індентор, виконаний у вигляді трансформатора. Відсутність індикатора притиску стакану з наскрізними отворами в торці, в яких бойків до поверхні, що обробляється і складна встановлені з можливістю зворотнопоступального нестабільна система притиску із пружини і стисне- руху стрижні з потовщеннями, причому потовщен- ного повітря приводять до нестабільності ультра- ня стрижнів розміщені між торцем стакану і випро- звукової віброударної обробки (УВО). мінюючою поверхнею. Згідно винаходу ТКШ жорс- Найбільш близьким до запропонованого при- тко з'єднаний з циліндричним хвилеводом- строю по сукупності ознак і технічному результату подовжувачем, довжина якого кратна 7/2, де 5 - є ультразвуковий інструмент для деформаційного довжина повздовжньої хвилі в матеріалі хвилево- зміцнення і релаксаційної обробки металів (Патент ду, в вузловій частині його виконана проточка, в України Меб8264, МПК 8248 39/00, вОбВ 1/06, якій встановлені кульки з можливістю крутильного 2007), що містить корпус з захисним чохлом і кри- переміщення навколо своєї осі, на яких розміщенні шкою, в якому встановлений ультразвуковий пе- стінки стакану, переміщення якого вздовж хвиле- ретворювач, з'єднаний з ТКШ, який оснащений воду в бік розміщення стрижнів обмежено рівнем віброїзоляційним ущільненням і має співвісну їм розміщення кульок. Також у відомому пристрої пневмокамеру, а також державку з ударними еле- згідно винаходу хвилевід-подовжувач виконаний із ментами, при цьому ультразвуковий перетворювач загартованої сталі, а система охолодження вико- змонтовано з можливістю осьового зворотно- нана в виді бачка, оснащеного підводом і відводом поступального руху і взаємодії з пневмокамерою, охолоджуючої рідини, закріпленого гайкою на ТКШ згідно винаходу в корпус додатково вмонтовані в його вузловій області. датчики осьового зворотнопоступального руху
У відомому пристрої в якості ультразвукового ультразвукового перетворювача і його температу- перетворювача використаний магнітострикційний ри, які включені в систему запуску генератора уль- перетворювач, який має більш ніж у два рази тразвукових коливань, на корпусі також закріплена менший ККД ніж п'єзоелектричний перетворювач і ручка з еластичним чохлом і з можливістю поворо- вимагає використання рідинної системи охоло- ту навколо осі корпусу, додатково на напрямниках дження, що знижує надійність, добавляє ваги, ковзання металевий стакан, який охоплює ультра- створює додаткове джерело кавітаційних шумів. звуковий перетворювач із трансформатором коли-
Використання стального циліндричного хвиле- вальної швидкості (ТКШ), останній вузловою пло- воду-подовжувача збільшує вагу пристрою, збіль- щинОою через віброізоляційне ущільнення шує акустичні втрати із-за додаткового різьбового зв'язаний з крайкою стакану, куди також прикріп- з'єднання з ТКШ. Строк служби інструменту неве- лена циліндрична насадка, встановлена коаксіа- ликий із-за обмеженої міцності загартованої сталі льно вихідному кінцю ТКШ, в якому виконана по- хвилеводу, що призводить до його руйнування рожнина, замкнена з боку ударних елементів, а такими ж загартованими стрижнями-ударниками, державка закріплена на вільному кінці насадки з особливо при обробці твердосплавних поверхонь. можливістю повороту навколо її осі ії швидкого
Відомий віброударний інструмент з ультразву- зняття, при цьому пневмокамера виконана в виді ковим збудженням (патент Росії Ме2179919 С2, порожнини між кришкою і дном стакану, ультра-
МПК в250 9/14, ВО6В 1/08, ВО6В 1/12, В248 39/04, звуковий перетворювач - у вигляді складеного п'є- 2000), що містить корпус, еластичні віброзахисні зокерамічного.
Відомий інструмент має малоефективну сис- отвір для подачі повітря, а в ТКШ - наскрізні отво- тему охолодження: нагрітий, без розвиненої теп- ри, що з'єднують порожнину стакану із простором лообмінної поверхні ультразвуковий перетворю- між вихідним кінцем ТКШ і насадкою, державку вач розміщений в герметичному металевому перфоровано отворами в бік поверхні, що оброб- стакані, який тільки малою зовнішньою поверхнею ляється, ультразвуковий перетворювач і ТКШ в віддає тепло за рахунок конвекції атмосферного об'ємі стакану мають теплообмінну поверхню у повітря. Нагріта державка з ударниками також вигляді ребер, висота яких менша зазору між ста- охолоджується тільки за рахунок малоефективної каном і ультразвуковим перетворювачем з ТКШ, природної конвекції повітря. Розміщення темпера- вихідний торець останнього і вихідні торці ударних турного датчика на дні стакану приводить до похи- елементів виконано твердосплавними, наприклад, бки в вимірюванні температури ультразвукового з твердосплавним покриттям, по відношенню до перетворювача, тому інструмент при тривалій ін- матеріалу поверхонь з якими вони контактують, тенсивній роботі може перегрітися і вийти із ладу. датчик зворотньо-поступального руху виконаний у
Використання оптичного датчика з шторкою в вигляді магнітного встановленого в стакані із не- якості датчика зворотно-поступального руху при- магнітного матеріалу, а магніт закріплений в кор- водить до збоїв в його роботі при експлуатації ін- пусі, між крайкою стакану і повернутим до неї тор- струмента в умовах вібрації, ударів, впливу пилу і цем корпусу встановлено пружину стиснення, вологи. розміщену в пневмокамері, утвореній циліндрич-
Ударники під час роботи руйнують вихідний кі- ними поверхнями корпусу і стакану і з'єднаній із нець ТКШ, що зменшує строк служби інструменту. зовнішнім середовищем через демпферну щілину.
Встановлення пружини зворотно-поступального Для підвищення ефективності охолодження руху в пневмокамері між дном стакану і кришкою ультразвукового перетворювача використовується корпусу в місці підводу проводів до датчиків тем- його примусове охолодження. Холодне повітря ператури, зворотно-поступального руху, і ультра- через штуцер в дні стакану попадає в його внутрі- звукового перетворювача може визвати обриви шню порожнину, проходить в зазорі між тепловід- проводів при їх інтенсивних згинальних деформа- даючими ребрами п'єзокерамічного перетворюва- ціях. ча, охолоджуючи їх, потім через наскрізні отвори в
В основу запропонованого винаходу постав- ТКШ попадає в порожнину насадки і державки, лена задача вдосконалення відомого ультразвуко- через отвори в останній виходить в навколишній вого інструменту для деформаційного зміцнення і простір, забираючи також тепло від нагрітих удар- релаксаційної обробки металів шляхом зменшення ників і насадки. Велика теплообмінна бічна повер- нагріву ультразвукового перетворювача і нагрітих хня п'єзоперетворювача і перфорація в державці конструктивних елементів за рахунок підвищення забезпечують ефективну тепловіддачу. Закріплен- ефективності примусового повітряного охоло- ня термодатчика безпосередньо на частотнопони- дження і достовірності контролю температури за жаючій накладці п'єзокерамічного перетворювача найбільш критичним до нагріву конструктивним підвищить достовірність інформації про темпера- елементом - ультразвуковим перетворювачем, а туру чутливих до перегріву п'єзокерамічних шайб. також зменшення руйнівної дії поверхні, що обро- Тому гарантується відключення ультразвуко- бляється, на інструмент. Це дасть можливість збі- вого генератора інструменті при нагріві п'єзошайб льшити ефективність УВО, підвищити надійність, до заданої температури в умовах екстремальної строк служби інструменту, безпеку і зручність при експлуатації. Наступний запуск інструменту мож- його експлуатації. ливий тільки після зниження температури п'єзо-
Для вирішення поставленої задачі в ультра- шайб до допустимої, що підвищує надійність його звуковому інструменті для деформаційного зміц- роботи. нення і релаксаційної обробки металів, що містить Датчик зміщення ультразвукового перетворю- корпус, в якому встановлений на напрямниках ков- вача відносно корпусу який включає ультразвуко- зання металевий стакан, що з зазором охоплює вий генератор тільки після надійного контакту уда- ультразвуковий п'єзокерамічний перетворювач з рників із поверхнею зони обробки і автоматично
ТКШ, який вузловою площиною зв'язаний із край- вимикає після зняття сили мінімального притиску кою стакану, куди прикріплена циліндрична насад- ударників виконано в виді магнітного (датчика Хо- ка, вмонтована коаксіальна вихідному кінцю ТКШ, ла). Він поміщений в герметичний стакан із нержа- на вільному кінці якої пружно зафіксована держав- віючої сталі і взаємодіє через його стінки із магні- ка з ударними елементами стопор у вигляді штиф- том що закріплений на корпусі. Така конструкція та, розміщеного у поздовжньому пазі корпусу і підвищує надійність його спрацювання, тому зме- встановленого на поверхні стакану, систему повіт- ншується ризик роботи перетворювача на холос- ряного охолодження, датчик температури, при тому ході і відповідно його перегріву. цьому стакан змонтовано з можливістю пружного Виконання вихідного торця ТКШ твердосплав- осьового зворотньо-поступального руху відносно ним різко зменшує руйнівну дію ударників на ви- корпусу, що реєструється датчиком, датчики промінюючу поверхню, і збільшує строк служби включені в систему запуску генератора ультразву- інструменту. Таке ж покриття на сферичній повер- кових коливань, згідно винаходу додатково в кор- хні ударних елементів, яка контактує із поверхнею пусі вмонтовано індикатор сили притиску ударних обробки також збільшує ресурс роботи інструмен- елементів у вигляді індикатора зміщення стопора, ту, покращує якість УВО (сферична поверхня дов- а датчик температури встановлений на ультразву- го не стирається, що дозволяє проводити точкове ковому перетворювачі, в дні стакану виконано співударяння із металевою поверхнею, це стабілі-
зує ступінь деформації металу), зменшує простої руху, що взаємодіє із магнітом 25, розміщеним інструменту на заміну ударників. Пружній осьовий навпроти нього в корпусі 16. Датчик температури 2 зворотно-поступальний рух ультразвукового пере- 6 ультразвукового перетворювача закріплений на творювача відносно корпусу забезпечує притиск торці частотознижувальної накладки 4. Через гер- ударників до поверхні, що обробляється. Від сили метичне ущільнення в дні 27 в стакан 7 заводиться притиску при постійній амплітуді вібрацій перетво- кабель 28 одним кінцем з'єднаний з ультразвуко- рювача залежить ступінь пластичної деформації вим генератором (не показаний), а другим - з еле- металевої поверхні, тому контроль сили притиску ктродами п'єзокерамічних шайб 2. Магнітний дат- по ступені пружної деформації (зміщення стопор- чик 24 і датчик температури 26 підключені ного штифта відносно корпуса) по індикатору змі- проводами кабелю 28 до системи запуску ультра- щення дає можливість контролювати якість УВО, звукового генератора. змінювати її ступінь. До корпусу 16 прикріплена рукоятка 29, на них
Вібрації, що виникають при обробці виробів одягнуті еластичні трубки (наприклад із пористої гасяться за рахунок амортизатора, фізично пред- гуми) відповідно 30 і 31. Ступінь зміщення штифта ставленого пружністю пружини і повітря, що зна- 22 в пазі 23 корпусу відображається на індикаторі ходиться в середині пневмокамери. Роль елемен- 32 (Фіг.2) у вигляді лінійки або планки, що має різ- та тертя при зворотно-поступальному русі нокольорові зони (наприклад, зелену, жовту, чер- виконують напрямними ковзання (як і в прототипі), вону). В дні 27 стакану встановлено штуцер 33 для додатково використані демпфуючі властивості подачі охолоджуючого повітря, накладка 4 і ТКШ 5 повітря (в'язкість) при його витісненні із пневмока- мають розвинену теплообмінну поверхню у вигля- мери через демпферну щілину або втягуванні, що ді ребер 34. Висота останніх більша ніж зазор між зменшує вібраційний вплив на оператора. ними і стаканом, це направляє майже все охоло-
Сутність винаходу пояснюється малюнками, джуюче повітря між ребрами, що підвищить теп- де на Фіг.1 показаний запропонований ультразву- ловіддачу. Порожнина стакану 7 з'єднується отво- ковий інструмент в розрізі, на Фіг.2 - вид з боку рами 35 в ТКШ із простором між концентрично штифта (вид А). розміщеними вихідним кінцем 6 ТКШ і насадкою
Ультразвуковий інструмент для деформацій- 10, а в державці 11 виконані отвори З б вздовж ного зміцнення і релаксації обробки металів міс- ударних елементів 15 в напряму поверхні обробки тить ультразвуковий складений п'єзокерамічний для виходу охолоджуючого повітря в атмосферу. перетворювач 1, що складається з двох п'єзоке- Вихідний торець 37 ТКШ 5 виконаний у вигляді рамічних шайб 2, стиснутих при допомозі стяжної твердосплавного (наприклад, напаяна пластина із шпильки З між частотознижувальною накладкою 4 сплаву ВК-6) або має твердосплавне покриття і лінійно-ступінчастим ТКШ 5, виготовленим, на- (обробку). Ударні елементи 15 на сферичних по- приклад, із титанового сплаву, який має вихідний верхнях, які контактують з поверхнею, що оброб- кінець 6 іншого діаметру. Ультразвуковий пере- ляється також мають твердосплавне покриття або творювач 1 з трансформатором коливальної обробку. швидкості (ТКШ) 5 встановлений з зазором в гер- Ультразвуковий інструмент працює наступним метичний стакан 7 із нержавіючої сталі так, що чином. Після подачі охолоджуючого повітря, яке його крайка 8 зв'язана з вузловою площиною ТКШ поступає в інструмент через систему охолоджен- через віброізоляційне ущільнення 9. До крайки 8 ня, що складається з штуцера 33, каналів між охо- прикріплена (опресована) своїм торцем циліндри- лоджуючими ребрами 34, наскрізних отворів 35, чна насадка 10, яка розміщена коаксіально вихід- отворів 36 в державці і виходить із нього в напрям- ному кінцю 6 ТКШ. На вихідному кінці насадки 10 ку поверхні обробки. Ударні елементи 15 перед встановлена державка 11 у формі стакану з мож- початком обробки вводять в механічний контакт з ливістю повороту навколо її осі. На зовнішній по- металевою поверхнею, що буде оброблятися. На- верхні державки 11 є сферичні впадини 12 куди тиском через рукоятку 29 добиваються осьового заходить шарик 13 радіально притиснутий цилінд- зміщення стакану 7 відносно корпусу 16 (3-5мМм) ричною пружиною 14, для осьової фіксації держа- поки магнітний датчик 24, що закріплений на його вки. В отвори вихідного торця державки 11 помі- дні 27 не попаде в зону дії магніту 25, і не запус- щені ударні елементи 15, що мають проти тить ультразвуковий генератор. Останній подає випадання із них потовщення з боку вихідного кін- напругу резонансної частоти на ультразвуковий ця 6 ТКШ. Стакан 7 встановлений із зазором в ко- п'єзокерамічний перетворювач 1, яка збуджує в рпус 16 на двох напрямниках ковзання 17, вигото- ньому повздовжні ультразвукові пружні механічні влених, наприклад, із текстоліту. Пневмокамера 18 коливання. ТКШ 5 збільшує амплітуду коливань на утворена внутрішньою поверхнею корпуса 16, зов- вихідному торці 37 (до ЗОмкм приблизно). Ударні нішньої поверхнею стакану 7, напрямником 17 і елементи 15 що знаходяться в контакті з ним, та- з'єднана із зовнішнім середовищем через демп- кож починають із-за ударної взаємодії робити ко- ферну щілину 19. Пружина стиснення 20 розміще- ливання, рухаючись в отворах державки 11. При на в пневмокамері 18 між крайкою 8 і виступом 21 цьому кінетична енергія, отримана ударними еле- корпусу. Для запобігання випадання стакана 7 із ментами 15 від ультразвукового перетворювача, корпусу 16 на ньому закріплений стопор виконаний витрачається на деформування поверхні і на її у вигляді штифта 22 який може рухатися в повздо- пружній відскок назад. Інструмент притискається вжньому пазі 23 корпусу. В герметичний стакан 7 до поверхні із зусиллям 40-60Н, пружина 20 дефо- вмонтовано магнітний датчик 24 (наприклад дат- рмується, на відповідну відстань зміщується чик Хола) його осьового зворотно-поступального штифт 22 в пазі 23. Величина зміщення відповідно
- притиску ударних елементів 15 відображається танням різних фізичних факторів: пружності, тертя, на індикаторі 32, що має метричну шкалу і може в'язкості) від дії вібрацій дозволяє добитися зни- контролюватися оператором. Повітря в пневмока- ження їх рівня до величин, що значно нижчі допус- мері 18 під час стиску пружини також стискається і тимих. Можливість повороту державки 11 з удар- починає виходити через демпферну щілину 19. ними елементами навколо осі зменшує знос торця
Інструменту надають поступальний рух в напрямі 37 ТКШ, а можливість швидкого зйому державки перпендикулярному його осі і обробляють виріб, разом з ударними елементами підвищує зручність охоплюючи всю необхідну поверхню. в роботі з інструментом.
Втрати, що виникають в п'єзокерамічному уль- Використання ефективного відводу тепла від тразвуковому перетворювачі, нагрівають його. За нагрітого п'єзокерамічного перетворювача з конт- рахунок великої теплообмінної поверхні ребер 34 ролем його температури і охолодження головки з тепло відводиться повітрям системи охолодження ударними елементами підвищить надійність ін- в навколишнє середовище, попутно охолоджують- струменту і безпеку при експлуатації, а збережен- ся ударні елементи 15, державка 11 найбільше ня робочого стану торця ТКШ подовжує строк слу- через отвори 36 і поверхня, що обробляється. Пе- жби інструменту. Багатоступінчаста система репад тиску повітря між порожниною державки 11 і віброзахисту знижує рівень вібрації при всіх режи- зовнішнім середовищем запобігає попаданню про- мах віброударної обробки. Контроль сили притиску дуктів УВО (окалина, іржа, бруд і т.п.) в отвори ударних елементів і збільшення ресурсу вихідних державки, особливо робочі, де знаходяться ударні торців ударних елементів підвищує якість УВО. елементи. У випадках експлуатації при підвищених Швидка заміна ударних елементів, спеціальна зовнішніх температурах і можливих порушеннях конструкція датчика зворотно-поступального руху технологічного режиму, коли температура п'єзоке- підвищує надійність і зручність в експлуатації ін- рамічних шайб 2 може досягнути критичного зна- струменту. чення, передбачено постійний контроль темпера- Наприклад, був виготовлений запропонований тури датчиком 26 і відключення ультразвукового пристрій, який мав підвищену амплітуду коливань генератора при нагріві перетворювача до заданої (до ЗОмкм), робочу частоту 22кГц і споживав до температури. 400Вт потужності. При використанні примусового
Вібрації (низько і високочастотні), що виника- повітряного охолодження ультразвуковий пере- ють в інструменті при обробці виробів гасяться творювач, державка з ударними елементами мали віброїізоляційним ущільненням 9 в площині вузла допустиму температуру. Час збереження робочого коливальних зміщень ТКШ 5, потім за рахунок зво- стану торця ТКШ під час обробки сталей середньої ротно-поступального фрикційного руху стакан 7 в міцності збільшився в 3-4 рази. Вібрації і удари, які напрямниках ковзання 17, амортизації пружиною виникали під час обробки металевих поверхонь, і повітрям в пневмокамері 18, і далі - в в'язкістю гасилися системою віброізоляції, що забезпечило повітря, що виходить із пневмокамери через дем- довготермінову і безпечну роботу оператора. За пферну щілину 19. Зниження вібраційних наван- рахунок збереження робочого стану торця ТКШ і тажень на оператора також обумовлене віброізо- вихідних торців ударних елементів підвищилася ляційними властивостями еластичних трубок 30, ефективність впливу на поверхню обробки, що 31. Такий багатоступінчастий захист (із викорис- скоротило час її обробки на 20-30965.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200706372A UA87006C2 (uk) | 2007-06-08 | 2007-06-08 | Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів |
| PCT/UA2008/000030 WO2008150250A1 (fr) | 2007-06-08 | 2008-06-05 | Outil ultrasonique destiné à augmenter la résistance mécanique de métaux et à les traiter par relaxation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200706372A UA87006C2 (uk) | 2007-06-08 | 2007-06-08 | Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA87006C2 true UA87006C2 (uk) | 2009-06-10 |
Family
ID=40093936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA200706372A UA87006C2 (uk) | 2007-06-08 | 2007-06-08 | Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA87006C2 (uk) |
| WO (1) | WO2008150250A1 (uk) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011112163A1 (ru) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений |
| WO2012060798A1 (ru) * | 2010-11-04 | 2012-05-10 | КУДРЯВЦЕВ, Юрий | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений |
| WO2012064310A1 (ru) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений |
| WO2012074499A1 (ru) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
| WO2014168598A1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-10-16 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014220227A1 (de) * | 2014-10-07 | 2016-04-07 | Robert Bosch Gmbh | Handgeführtes Elektrowerkzeug mit einem schwingfähigen Anregungsaktor |
| CN104962724A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-10-07 | 邯郸市海拓机械科技有限公司 | 一种便携式超声波冲击枪 |
| CN108705384A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-10-26 | 昆山科森科技股份有限公司 | 用于医疗器械零件的毛刺去除装置 |
| CN109513908B (zh) * | 2018-12-29 | 2020-11-06 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种适用于长时间处理镁合金熔体的超声装置 |
| RU2721486C1 (ru) * | 2019-12-02 | 2020-05-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) | Устройство для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей |
| CN115319401B (zh) * | 2022-07-26 | 2023-11-03 | 华东理工大学 | 一种伸缩旋转式超声多加工头、加工装置及加工方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA68264C2 (uk) * | 2003-11-04 | 2007-02-15 | Георгій Іванович Прокопенко | Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів |
| RU2259912C1 (ru) * | 2004-02-26 | 2005-09-10 | Шестаков Сергей Дмитриевич | Ультразвуковой виброударный инструмент |
| UA9175U (en) * | 2005-02-09 | 2005-09-15 | Ultrasonic device for strengthening and nano-structurization of the surface of metals |
-
2007
- 2007-06-08 UA UAA200706372A patent/UA87006C2/uk unknown
-
2008
- 2008-06-05 WO PCT/UA2008/000030 patent/WO2008150250A1/ru active Application Filing
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011112163A1 (ru) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений |
| US8747732B2 (en) | 2010-03-12 | 2014-06-10 | Structural Integrity Technologies, Inc. | Ultrasonic instrument for the deformation treatment of surfaces and weld joints |
| RU2540230C2 (ru) * | 2010-03-12 | 2015-02-10 | Стракчерел Интегрити Текнолоджиз Инк. | Ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений |
| WO2012060798A1 (ru) * | 2010-11-04 | 2012-05-10 | КУДРЯВЦЕВ, Юрий | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений |
| WO2012064310A1 (ru) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений |
| WO2012074499A1 (ru) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
| WO2014168598A1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-10-16 | Kudryavtsev Yuriy | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008150250A1 (fr) | 2008-12-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA87006C2 (uk) | Ультразвуковий інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів | |
| RU2540230C2 (ru) | Ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений | |
| JP5051919B2 (ja) | 超音波衝撃処理のための振動システムおよび工具 | |
| JP2009279596A (ja) | 金属の鍛造方法及び金属の鍛造装置 | |
| UA99365C2 (uk) | Ультразвуковий інструмент для ударної обробки поверхонь деталей | |
| CN105779756B (zh) | 孔角强化处理方法 | |
| WO2014168598A1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей | |
| Singh et al. | Finite element analysis of ultrasonic machine tool | |
| Heßeln et al. | Ultrasonic assisted clinching of aluminium alloy sheets | |
| Azarhoushang et al. | Developing a special block sonotrode for ultrasonic-assisted grinding process | |
| UA68264A (en) | Ultrasonic tool for strain hardening and relaxation treatment of metals | |
| JP2004223707A (ja) | 電動手工具装置 | |
| RU2259912C1 (ru) | Ультразвуковой виброударный инструмент | |
| RU2392106C1 (ru) | Ультразвуковой обрабатывающий инструмент для деформационного упрочнения и релаксационной обработки | |
| RU2252859C1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для снятия остаточных напряжений и упрочнения поверхностей металлов | |
| WO2012060798A1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений | |
| RU2266805C1 (ru) | Ультразвуковой обрабатывающий инструмент | |
| UA107039C2 (uk) | Ультразвуковий інструмент для ударної обробки поверхонь деталей | |
| CA1163087A (en) | Apparatus for transmission of sonic energy to work pieces | |
| Singh et al. | Thermal Analysis of Abrasive Waterjet Machining Process | |
| WO2012064310A1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений | |
| US3145450A (en) | Method of ultrasonic removal of material by fatigue failure | |
| US20240197345A1 (en) | Holding device for a lithotripsy device for fragmenting calculi, and lithotripsy device | |
| Harkness et al. | Optimization of ultrasonic horns for momentum transfer and survivability in high-frequency/low frequency planetary drill tools | |
| Singh | Finite Element Analysis of Chemical Assisted Ultrasonic Machining Process to Investigate the Effect of Abrasive on Polycarbonate (UL-752) Glass and USM Tool |