WO2012074499A1 - Ultrasonic instrument for the impact machining of component surfaces - Google Patents

Ultrasonic instrument for the impact machining of component surfaces Download PDF

Info

Publication number
WO2012074499A1
WO2012074499A1 PCT/UA2011/000054 UA2011000054W WO2012074499A1 WO 2012074499 A1 WO2012074499 A1 WO 2012074499A1 UA 2011000054 W UA2011000054 W UA 2011000054W WO 2012074499 A1 WO2012074499 A1 WO 2012074499A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic
head
balls
transformer
vibrational
Prior art date
Application number
PCT/UA2011/000054
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Юрий КУДРЯВЦЕВ
Якоб КЛЕЙМАН
Олександр ЛУГОВСЬКИЙ
Андрей МОВЧАНЮК
Original Assignee
Kudryavtsev Yuriy
Kleiman Jacob
Lugovskyi Oleksandr
Movchanyuk Andrey
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 Kudryavtsev Yuriy, Kleiman Jacob, Lugovskyi Oleksandr, Movchanyuk Andrey filed Critical Kudryavtsev Yuriy
Publication of WO2012074499A1 publication Critical patent/WO2012074499A1/en

Links

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
    • B24B39/003—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor the working tool being composed of a plurality of working rolls or balls

Definitions

  • the invention relates to the field of technological use of energy of ultrasonic vibrations and can be applied in engineering, shipbuilding and other industries, in particular for the deformation processing of surfaces of critical structures operating under vibrational loads.
  • Surface hardening of metal products reduces internal stresses, significantly increases the efficiency of machine parts, improves their quality and service life.
  • plastic deformation such as processing by balls, rollers, bead-blasting, vibro-rolling, and others.
  • Significantly increased interest in high-energy types of surface treatment which include surface hardening using ultrasonic vibrations.
  • the test results and operating practice show that when processing metals and especially high-strength materials, the ultrasonic method is quite effective.
  • the prior art includes a vibration impact tool with ultrasonic excitation ( Russian patent 2179919 C2, IPC B25D 9/14, B06B 1/08, B06B 1/12, B24B 39/04, 2000), comprising a housing with a handle, an oscillation excitation source, formed by a magnetostrictive transducer and an oscillating speed transformer, placed with a gap in the housing on sliding guides with the possibility of reciprocating motion and in contact with the housing through a spring, as well as holders with movable strikers installed but with the vibrational velocity transformer, and the air cooling system of the magnetostrictive transducer.
  • an air cooling system removes heat only from the magnetostrictive transducer.
  • the holder with movable percussion elements which is very hot during operation, is not cooled in this tool, which significantly reduces the time of continuous operation of the percussion instrument.
  • the small heat exchange surface of the converter does not allow efficient heat removal, which, in turn, reduces the permissible time of continuous operation of the tool.
  • the absence of a rubber vibration-insulating coating in the areas where the operator holds the tool leads to rapid fatigue of the operator due to exposure to the operator’s hands of outstanding vibrational vibrations. Smooth, low friction tool surface makes it difficult holding it in the hands of the operator during shock operation, which further bothers the operator.
  • the prior art also includes an ultrasonic tool for deformation processing of surfaces and welded joints (Patent of Ukraine N ° 68264, IPC V24V 39/00, V06V 17 06, 2007), comprising a housing in which a metal is mounted on sliding guides with the possibility of axial reciprocating movement a glass in which an ultrasonic piezoelectric transducer connected to an oscillating speed transformer and axial reciprocating motion sensors and temperature, a pneumatic chamber with a spring is placed coaxially with the glass in the housing, the glass is also equipped with a nozzle, on which a holder with movable strikers is installed with the possibility of quick removal and rotation, which are installed with the possibility of contact with the output end of the vibrational transformer, and handles are fixed on the housing, one of which with the possibility of rotation around the axis of the housing, and the second rigidly.
  • an ultrasonic tool for deformation processing of surfaces and welded joints comprising a housing in which a metal is mounted on sliding guides with the possibility of axial reciprocating movement
  • Such a tool has an inefficient cooling system.
  • An ultrasonic transducer located in an airtight metal cup is heated and only gives off a small external surface due to convection of atmospheric air.
  • the heated holder with movable strikers also does not have forced cooling and is cooled only due to ineffective natural air convection. Dust, pollution elements and metal shavings covering the surface to be treated during impact processing, firstly, interfere with visual inspection of the processing place, and secondly, getting into the holder, interfere with the shock mode of the tool.
  • this tool already has a high-quality protective vibration-proof coating in the places of holding the tool by the operator’s hands. But the rubber surface, smooth without artificially made protrusions, makes it difficult to hold the tool during impact processing. The operator is forced to make significant efforts to hold and direct the vibrating tool in the desired direction, which leads to rapid fatigue of the operator.
  • Patent of Ukraine M 87006, IPC V24V 39/00, V06V 1/06, V24V 1/04 2009 with the properties of the preamble of paragraph 1 of the claims discloses a device for an ultrasonic instrument for percussion surface treatment of parts, which already has a more efficient forced air cooling system.
  • the surface of the heat sink is made developed by additional ribs having a height less than the annular gap between the glass and the vibratory drive.
  • the working end face of the vibrational transformer in the tool in question is made of solid high strength. This provides a high-quality elastic rebound of the moving shock elements from the vibrating end. But this makes it necessary to produce the entire vibrational velocity transformer from this solid material, which is economically impractical. In addition, such an oscillating speed transformer will quickly collapse, since the solid material will not withstand long-term cyclic alternating stresses along the length of the transformer.
  • the manufacture of the working end by spraying or surfacing a hard alloy is inefficient, since significant shock loads require a significant thickness of this hard layer, which leads to a significant increase in the cost of the product. When the solid layer of the working end is destroyed, the ultrasonic instrument loses its working capacity and requires complete dismantling and a very substantial repair.
  • this tool has a protective vibration-proof coating in the places of holding the tool by the hands of the operator, but a rubber surface that is smooth without artificially made protrusions makes it difficult for the operator to hold the tool during impact processing. The operator is forced to make significant efforts to hold and move the vibrating tool on the work surface, which leads to rapid fatigue of the operator.
  • the invention is presented and characterized in the main formula.
  • the purpose of the invention is to increase the efficiency, maintainability, ergonomics and safety of the tool, as well as the quality of surface treatment by changing the design of the vibration drive, using a new shape of the heat transfer surface of the vibration drive, using a new form of vibration insulation coating of the tool and the use of ball impact elements in combination with various designs heads.
  • An ultrasonic tool for impacting the surfaces of parts consists of a housing with a handle coated with a vibration-insulating coating and in which, with the help of sliding guides with the possibility of movement limited by a pin, a glass is placed along the housing, on one end of which there is a head with movable impact elements, which is fixed relative to the glass with the possibility of quick removal, on the other end there is a fitting for supplying air to the forced cooling system and an electric the ultrasonic vibrations generator cable, and in the middle of the glass with an annular slotted gap and acoustically isolated, an ultrasonic vibrational reciprocating drive with a developed heat-exchange surface is formed, formed by a piezoelectric transducer with frequency-reducing plates, one of which is made integrally with the vibrational velocity transformer, in which through the holes provides the possibility of a through passage of air of the forced cooling system from the end face with pcs tserom through slit gap with a heat exchange surface and to the working end, which interacts
  • the head can be equipped with an elastic cuff made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the surface being treated and on which a quick-detachable plate is put on, which protects the balls from falling out.
  • the head can be equipped with a perforated plate, the holes in which are smaller than the diameter of the balls, and the height of the head and the number of balls are chosen such that the distance by which the balls protrude from the perforated plate is greater than the gap between the working end of the vibrational transformer and the balls.
  • the head can be equipped with an elastic cuff made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the treated surface, and is additionally covered by an electromagnetic coil, which is disconnected when the ultrasonic tool is pressed against the treated surface.
  • the part of the conical head that is in contact with the surface to be machined can be made in the shape of the surface to be machined, for example, to have a cylindrical profile.
  • the frequency-reducing pad be made of a material having a greater acoustic impedance than the material of another pad made as a unit with a vibrational velocity transformer.
  • the execution of the heat-exchange surface of the drive in the form of a helical groove will lead to the formation of vortices in the slotted gap through which the air stream moves, which will provide quick and efficient heat removal from the heated drive surface, which will reduce the risk overheating of the tool and increase the permissible time of continuous operation.
  • Such a helical groove is technologically advanced to manufacture.
  • the pad will be made not only of hard material, but also with high impact strength, which will provide it with a long service life without destruction.
  • the selected thickness of the carbide pad which is significantly less than a quarter of the deformation wavelength established along the length of the ultrasonic vibratory drive, will provide it with high amplitude vibrations. In this case, the pad will be subjected to minimal tensile forces.
  • the implementation of the vibration-insulating coating of the body in the form of a set of rubber rings will increase the ergonomics of the tool by facilitating the holding of the tool in the operator’s hand. This will reduce operator fatigue while working with the tool.
  • figure 2 and fig.Z is an enlarged view of the head with ball impact elements, an elastic cuff and a plate that protects the balls from falling out;
  • figure 6 head with ball shock elements and an electromagnetic coil.
  • An ultrasonic tool for impact processing of surfaces of parts contains (Fig. 1) a housing 1 with a handle 2, in which a cup 4 is installed through the sliding guides 3.
  • the glass 4 has the possibility of reciprocating movement, which is limited by a pin 5 included in it a longitudinal groove of the housing 1.
  • At one end of the cup 4 there is a head 6 with movable impact elements, which are made in the form of balls 7 of high strength material filling the head 6, made of a hollow conical shape.
  • the head 6 (Fig. 1, Fig. 2) is fixed relative to the cup 4 with the possibility of quick removal due to the ball 8, pressed by an annular spring 9 and entering the hole on the cylindrical surface of the head 6.
  • a fitting 10 for supplying system air forced cooling and electric cable 11 of the generator of ultrasonic vibrations (in the figure, conditionally not shown).
  • an ultrasonic decoupled ultrasonic vibrational drive of reciprocating movements with a developed heat-exchange surface is placed in the middle of the glass with an annular slit gap 12 and an ultrasonic decoupled ultrasonic vibrational drive of reciprocating movements with a developed heat-exchange surface is placed.
  • Acoustic isolation is achieved by attaching the drive in the cup 4 with a nodal section through an acoustically opaque seal 13.
  • the ultrasonic vibrating drive is formed by a piezoelectric transducer, which includes piezoceramic rings 14 and two frequency-reducing plates 15.
  • One of the plates 15 is made as a whole with a transformer of vibrational speed 16, in which with the help of the holes 17 it is possible to pass through the air of the forced cooling system from the end with the fitting 10, through spruce gap 12 with a heat exchange surface and to the working end, which interacts with the movable shock elements 7 of the head 6 and is made in the form of a vibration-resistant lining 18 pressed from a carbide material with high impact strength tightly pressed to the transformer.
  • the thickness of the lining 18 is significantly less than a quarter of the deformation wavelength established along the length of the ultrasonic vibratory drive.
  • the heat exchange surface of the vibration drive along the slotted gap 12 is made in the form of a helical groove with a semicircular profile.
  • the helical groove may be multi-start.
  • the pin 5 is pressed to the front edge of the longitudinal groove of the housing 1 using a spring 19.
  • temperature and position sensors of the glass 4 are installed relative to the housing 1 (the sensors are conventionally not shown in the figure).
  • the vibration-proof coating of the housing is made in the form of a set of rubber rings 20, placed in place holding the case by the hand of the operator.
  • the conical head 6 may be in contact with the surface to be treated through an elastic sleeve 21 (FIG. 2) made of a material with a low coefficient of friction. From falling out, the balls 7 are held in the head 6 by means of a quick-detachable plate 22, dressed on a cuff 21 (FIG. 2, FIG. 3).
  • the head 6 may be equipped with a perforated plate 23 (FIG. 4, FIG. 5), the holes in which are smaller than the diameter of the balls 7, and the height of the head and the number of balls are selected such that the distance 12 over which the balls protrude from the perforated plate 23 more than the gap 11 between the working end of the vibrational transformer and balls.
  • the head 6 can be equipped with an elastic cuff 21 (Fig.6) made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the treated surface, and is additionally covered by an electromagnetic coil 24, which is turned off when the ultrasound tool is pressed against the treated surface.
  • an elastic cuff 21 Fig.6
  • an electromagnetic coil 24 which is turned off when the ultrasound tool is pressed against the treated surface.
  • the part of the conical head 6 in contact with the surface to be machined can be made in the shape of the surface to be machined, for example, have a cylindrical profile if necessary, impact treatment of the inner surfaces of the tubular products.
  • Ultrasonic instrument works as follows. After supplying compressed air to the nozzle 10, which passes through the slotted gap 12 with the heat exchange surface, the holes 17 in the transformer of vibrational velocity 16, cools the working end face with the pad 18 and leaves the tool through the head for 6 s balls 7, the ultrasonic instrument is ready to work.
  • the air flow moving along the slot gap forms annular vortices in the grooves, which intensively remove heat from the surface of the vibratory drive. In this case, one part of the heat is carried away by the air, and the second part, thanks to the annular vortices, is transferred to the cup 4.
  • the grooves are ventilated by air moving along the helical groove.
  • the temperature sensor monitors the temperature of the converter during operation, preventing its overheating.
  • the operator holds the tool by the housing at the location of the set of rubber rings 20 and the handle 2.
  • the tool is brought into mechanical contact with the work surface and, in the case of using the head of figure 2, pull out the quick-release plate 22, which prevented the balls from falling out of the head.
  • the handle 2 By pressing through the handle 2, the operator achieves the axial displacement of the housing 1 relative to the cup 4 (3 ... 5 mm) until the relative displacement sensor of the cup 4 and the body 1 is activated.
  • the elastic cuff 21 is compressed and the balls are clamped between the machined surface and the working end of the vibration drive.
  • the displacement sensor includes an ultrasonic generator of electrical vibrations.
  • the latter supplies an ultrasonic frequency voltage through the cable 11 to the ultrasonic transducer and excites in it resonant elastic longitudinal mechanical vibrations.
  • the transformer of vibrational velocity 16 increases the amplitude of the oscillations of the working end (up to 20 ... 30MKM).
  • Balls 7 in contact with the working end due to shock interaction, begin to bounce and transfer the obtained kinetic energy to other balls.
  • Balls in contact with the surface to be treated, begin to interact with her shock, realizing the plastic deformation of the latter and bouncing off of it.
  • the tool is pressed to the surface with a force of 40 ... 60 N. As a result of shock elastic interaction of all moving elements of the tool, a complex resonant oscillatory system is formed.
  • a stream of heated air leaving the head blows around the surface for constant visual observation and prevents the ingress of processed products (scale, rust, dirt, etc.) into the head.
  • the quick-release plate 22 is again put on the cuff of the head and prevents the balls from falling out of the head when the tool is inoperative.
  • an electromagnet 24 (Fig. 6)
  • the tool operates as follows. After pressing the tool to the work surface, i.e. the displacement of the housing 1 relative to the cup 4 by 3 ... 5 mm triggers a displacement sensor that turns on the generator of electrical ultrasonic vibrations and simultaneously turns off the electromagnet. After finishing processing and shutting down The generator of electric oscillations turns on the electromagnet again and keeps the balls from falling out of the head.
  • the head may not have a flat contact surface with the surface being machined, but a profile corresponding to it.
  • the head can also be made with the corresponding cylindrical profile.
  • the new tool design is more maintainable and reliable.
  • the use of a removable cover on the working end of the drive will allow it to be made of a material with special properties, for example, carbide with high impact strength. This will increase tool reliability. If necessary, the pad can be easily replaced without dismantling the entire tool.
  • the applied new form of vibration-insulating coating of the instrument will improve its ergonomic properties. Now it’s easier for the operator to hold the vibrating tool on the work surface.
  • New vibration isolation coating technologically advanced in manufacture since standard o-rings can be used as it.
  • the new tool also provides better impact processing of shaped surfaces. A large number of balls that move in different directions will allow to process various surface irregularities.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

The invention relates to ultrasonic instruments for the impact machining of component surfaces. The instrument comprises a body in which a sleeve movable along the body is mounted. A conical hollow head containing balls is arranged at the end of the sleeve. An ultrasonic vibrating drive with a piezo-electric converter having frequency-reducing linings is arranged in the middle of the sleeve. One of the above-mentioned linings is formed integrally with an oscillating speed transformer. The working end of the oscillating speed transformer is in the form of a lining which is tightly attached thereto, is composed of a hard-alloy material having high impact strength and interacts with the balls. A heat-exchange surface of the vibrating drive is in the form of a helical groove with a semicircular profile. The frequency-reducing lining which is not connected to the oscillating speed transformer is made from a material having an acoustic resistance greater than that of the material of the oscillating speed transformer. The thickness of the lining at the working end of the oscillating speed transformer is significantly less than a quarter of the deformation wave length which is set in accordance with the length of the ultrasonic vibrating drive. The efficiency, repair accessibility, ergonomics and safety of the instrument are increased as a result.

Description

Ультразвуковой инструмент для ударной обработки  Ultrasonic Impact Tool
поверхностей деталей  part surfaces
Область изобретения Field of Invention
Изобретение относится к области технологического использования энергии ультразвуковых колебаний и может быть применен в машиностроительной, судостроительной и других отраслях промышленности, в частности для деформационной обработки поверхностей ответственных конструкций, работающих в условиях вибрационной нагрузки. Поверхностное упрочнение металлических изделий, как заключительная технологическая операция, уменьшает внутренние напряжения, значительно увеличивает работоспособность деталей машин, повышает их качество и срок службы. На . сегодняшний день значительное распространение получили методы поверхностной обработки с помощью пластической деформации, такие как обработка шариками, роликами, дробеструйная обработка, виброобкатывание и другие. Значительно повысился интерес к высокоэнергетическим видам обработки поверхности, к которым относится и поверхностное упрочнение с помощью ультразвуковых колебаний. Результаты испытаний и практика эксплуатации показывают, что при обработке металлов и особенно высокопрочных материалов, ультразвуковой способ является достаточно эффективным. С его помощью удалось добиться существенного повышения механических свойств конструкционных материалов, особенно усталостной прочности и износостойкости. В свою очередь, производительность и качество процесса ультразвуковой обработки, удобство в работе в значительной степени зависят от конструкции ультразвукового инструмента. Предпосылки создания изобретения Уровень техники включает виброударный инструмент с ультразвуковым возбуждением (патент России 2179919 С2, МПК B25D 9 / 14, В06В 1 / 08, В06В 1 / 12, В24В 39/04, 2000), содержащий корпус с ручкой, источник возбуждения колебаний, образованный магнитострикционным преобразователем и трансформатором колебательной скорости, размещенный с зазором в корпусе на направляющих скольжения с возможностью возвратно поступательного движения и контактирующий с корпусом через пружину, а также державки с подвижными бойками, установленной соосно с трансформатором колебательной скорости, и воздушную систему охлаждения магнитострикционного преобразователя. В таком инструменте воздушная система охлаждения отводит тепло только от магнитострикционного преобразователя. Державка с подвижными ударными элементами, которая сильно нагревается во время работы, в данном инструменте не охлаждается, что значительно уменьшает время непрерывной работы ударного инструмента. Малая теплообменная поверхность преобразователя не позволяет эффективно отводить тепло, что, в свою очередь, уменьшает допустимое время непрерывной работы инструмента. Отсутствие резинового виброизоляционного покрытия в местах удержания инструмента оператором приводит к быстрой утомляемости оператора из-за воздействия на руки оператора непогашенных вибрационных колебаний. Гладкая с малым коэффициентом трения поверхность инструмента затрудняет удержание его в руках оператора при ударном режиме работы, что дополнительно утомляет оператора. The invention relates to the field of technological use of energy of ultrasonic vibrations and can be applied in engineering, shipbuilding and other industries, in particular for the deformation processing of surfaces of critical structures operating under vibrational loads. Surface hardening of metal products, as a final technological operation, reduces internal stresses, significantly increases the efficiency of machine parts, improves their quality and service life. On . Today, methods of surface treatment using plastic deformation, such as processing by balls, rollers, bead-blasting, vibro-rolling, and others, are widely used. Significantly increased interest in high-energy types of surface treatment, which include surface hardening using ultrasonic vibrations. The test results and operating practice show that when processing metals and especially high-strength materials, the ultrasonic method is quite effective. With its help, it was possible to achieve a significant increase in the mechanical properties of structural materials, especially fatigue strength and wear resistance. In turn, the performance and quality of the ultrasonic treatment process, ease of use, largely depend on the design ultrasonic instrument. BACKGROUND OF THE INVENTION The prior art includes a vibration impact tool with ultrasonic excitation (Russian patent 2179919 C2, IPC B25D 9/14, B06B 1/08, B06B 1/12, B24B 39/04, 2000), comprising a housing with a handle, an oscillation excitation source, formed by a magnetostrictive transducer and an oscillating speed transformer, placed with a gap in the housing on sliding guides with the possibility of reciprocating motion and in contact with the housing through a spring, as well as holders with movable strikers installed but with the vibrational velocity transformer, and the air cooling system of the magnetostrictive transducer. In such an instrument, an air cooling system removes heat only from the magnetostrictive transducer. The holder with movable percussion elements, which is very hot during operation, is not cooled in this tool, which significantly reduces the time of continuous operation of the percussion instrument. The small heat exchange surface of the converter does not allow efficient heat removal, which, in turn, reduces the permissible time of continuous operation of the tool. The absence of a rubber vibration-insulating coating in the areas where the operator holds the tool leads to rapid fatigue of the operator due to exposure to the operator’s hands of outstanding vibrational vibrations. Smooth, low friction tool surface makes it difficult holding it in the hands of the operator during shock operation, which further bothers the operator.
Возвратно-поступательное движение бойков в рассматриваемой конструкции позволяет эффективно обрабатывать плоские поверхности. Однако, когда обрабатываемая поверхность имеет холмы или фасонный профиль, эффективность обработки резко уменьшается, так как контактировать с неровной поверхностью в каждый момент времени будет только один боек.  The reciprocating movement of the strikers in the structure under consideration allows efficient processing of flat surfaces. However, when the surface to be treated has hills or a shaped profile, the processing efficiency decreases sharply, since there will be only one firing pin at each moment in time to contact.
Малый продольный размер инструмента и размещение рукоятки непосредственно на корпусе при условии ударного режима работы затрудняют удержание вибрирующего инструмента оператором на обрабатываемой поверхности. Уровень техники также включает ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений (Патент Украины N° 68264, МПК В24В 39/00, В06В 17 06, 2007), содержащий корпус, в котором на направляющих скольжения с возможностью осевого возвратно- поступательного перемещения установлен металлический стакан, в котором через виброизоляционное уплотнение установлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с трансформатором колебательной скорости, и датчики осевого возвратно-поступательного движения и температуры, соосно со стаканом в корпусе размещена пневмокамера с пружиной, стакан оснащен также насадкой, на которой с возможностью быстрого съема и поворота установлена державка с подвижными бойками, которые установлены с возможностью контакта с выходным торцом трансформатора колебательной скорости, а на корпусе закреплены ручки, одна из которых с возможностью поворота вокруг оси корпуса, а вторая жестко. Такой инструмент имеет малоэффективную систему охлаждения. Ультразвуковой преобразователь, размещенный в герметичном металлическом стакане, нагревается и только малой внешней поверхностью отдает тепло за счет конвекции атмосферного воздуха. Нагретая державка с подвижными бойками также не имеет принудительного охлаждения и охлаждается только за счет малоэффективной естественной конвекции воздуха. Пыль, элементы загрязнения и металлическая стружка, покрывающие обрабатываемую поверхность при ударной обработке, во-первых, мешают визуальному осмотру места обработки, а, во-вторых, попадая в державку, препятствуют ударному режиму работы инструмента. В отличие от предыдущей конструкции, этот инструмент уже имеет качественное защитное виброизоляционное покрытие в местах удержания инструмента руками оператора. Но ровная без искусственно сделанных выступов резиновая поверхность затрудняет удержание инструмента при ударной обработке. Оператор вынужден прикладывать значительные усилия для удержания и направления вибрирующего инструмента в нужном направлении, что приводит к быстрой утомляемости оператора. The small longitudinal size of the tool and the placement of the handle directly on the body under the condition of shock operation make it difficult for the operator to hold the vibrating tool on the work surface. The prior art also includes an ultrasonic tool for deformation processing of surfaces and welded joints (Patent of Ukraine N ° 68264, IPC V24V 39/00, V06V 17 06, 2007), comprising a housing in which a metal is mounted on sliding guides with the possibility of axial reciprocating movement a glass in which an ultrasonic piezoelectric transducer connected to an oscillating speed transformer and axial reciprocating motion sensors and temperature, a pneumatic chamber with a spring is placed coaxially with the glass in the housing, the glass is also equipped with a nozzle, on which a holder with movable strikers is installed with the possibility of quick removal and rotation, which are installed with the possibility of contact with the output end of the vibrational transformer, and handles are fixed on the housing, one of which with the possibility of rotation around the axis of the housing, and the second rigidly. Such a tool has an inefficient cooling system. An ultrasonic transducer located in an airtight metal cup is heated and only gives off a small external surface due to convection of atmospheric air. The heated holder with movable strikers also does not have forced cooling and is cooled only due to ineffective natural air convection. Dust, pollution elements and metal shavings covering the surface to be treated during impact processing, firstly, interfere with visual inspection of the processing place, and secondly, getting into the holder, interfere with the shock mode of the tool. Unlike the previous design, this tool already has a high-quality protective vibration-proof coating in the places of holding the tool by the operator’s hands. But the rubber surface, smooth without artificially made protrusions, makes it difficult to hold the tool during impact processing. The operator is forced to make significant efforts to hold and direct the vibrating tool in the desired direction, which leads to rapid fatigue of the operator.
Как и в предыдущей конструкции, инструмент, который рассматривается, в результате возвратно-поступательного движения бойков позволяет эффективно обрабатывать плоские поверхности. Но, когда поверхность имеет выступы или изгибы, эффективность обработки резко уменьшается, так как контактировать с неровной поверхностью в каждый момент времени будет только один боек. Патент Украины М 87006, МПК В24В 39/00, В06В 1 / 06, В24В 1 / 04 2009 со свойствами преамбулы пункта 1 формулы изобретения раскрывает устройство ультразвукового инструмента для ударной обработки поверхностей деталей, который уже имеет более эффективную систему принудительного воздушного охлаждения. Поверхность теплоотвода выполнена развитой за счет дополнительных ребер, имеющих высоту меньше кольцевого щелевого зазора между стаканом и вибрационным приводом. Но выполнение подобных продольных ребер на детали, имеещей цилиндрическую форму, является нетехнологичным, и, кроме того, подобные ребра не способствуют возникновению турбулентных вихрей на теплообменной поверхности, которые повышают эффективность теплообменных процессов. Выход воздуха через головку с подвижными ударными элементами в сторону обрабатываемой поверхности обеспечивает сдув загрязнений из ударных элементов и обрабатываемой поверхности. Вибрационный привод, применяемый в этом ультразвуковом инструменте, малоэффективный, поскольку ультразвуковая энергия, передаваемая пьезокерамическими элементами преобразователя вследствие обратного пьезоэффекта, распространяется одинаково в сторону трансформатора колебательной скорости с рабочим торцом и в сторону нерабочего торца привода, который образуется частотопонижающей накладкой. Происходит это вследствие одинакового акустического сопротивления материалов, из которых выполнены частотопонижающая накладка и трансформатор колебательной скорости. Если первая часть энергии в значительной степени используется на возбуждение ударного режима работы подвижных ударных элементов, то вторая часть идет на нагрев накладки. As in the previous design, the tool that is being considered, as a result of the reciprocating movement of the strikers, can efficiently process flat surfaces. But, when the surface has protrusions or bends, the processing efficiency decreases sharply, since only one striker will be in contact with an uneven surface at any time. Patent of Ukraine M 87006, IPC V24V 39/00, V06V 1/06, V24V 1/04 2009 with the properties of the preamble of paragraph 1 of the claims discloses a device for an ultrasonic instrument for percussion surface treatment of parts, which already has a more efficient forced air cooling system. The surface of the heat sink is made developed by additional ribs having a height less than the annular gap between the glass and the vibratory drive. But the implementation of such longitudinal ribs on a part having a cylindrical shape is not technologically advanced, and, moreover, such ribs do not contribute to the appearance of turbulent vortices on the heat exchange surface, which increase the efficiency of heat exchange processes. The air outlet through the head with movable impact elements in the direction of the surface being treated provides blowing off of impurities from the impact elements and the surface being treated. The vibration drive used in this ultrasonic instrument is ineffective because the ultrasonic energy transmitted by the piezoceramic elements of the transducer due to the inverse piezoelectric effect propagates equally towards the vibrational transformer with the working end and towards the inoperative end of the drive, which is formed by the frequency-reducing pad. This happens due to the same acoustic resistance of the materials from which the frequency-reducing pad and the vibrational velocity transformer are made. If the first part of the energy is largely used to excite the shock mode of operation of the moving shock elements, then the second part goes to heat the lining.
Рабочий торец трансформатора колебательной скорости в рассматриваемом инструменте выполнен твердым высокопрочным. Это обеспечивает качественный упругий отскок подвижных ударных элементов от вибрирующего торца. Но это заставляет изготавливать весь трансформатор колебательной скорости из этого твердого материала, что является экономически нецелесообразным. Кроме того, такой трансформатор колебательной скорости будет быстро разрушаться, поскольку твердый материал не выдержит долгосрочные циклические знакопеременные напряжения по длине трансформатора. Изготовление рабочего торца путем напыления или наплавки твердого сплава является неэффективным, поскольку значительные ударные нагрузки требуют значительной толщины этого твердого слоя, что приводит к значительному повышению стоимости изделия. При разрушении твердого слоя рабочего торца ультразвуковой инструмент теряет работоспособность и требует полного демонтажа и очень существенного ремонта. Как и в предыдущем случае, этот инструмент имеет защитное виброизоляционное покрытие в местах удержания инструмента руками оператора, но ровная без искусственно сделанных выступов резиновая поверхность затрудняет удержание инструмента оператором при ударной обработке. Оператор вынужден прикладывать значительные усилия для удержания и перемещения вибрирующего инструмента по обрабатываемой поверхности, что приводит к быстрой утомляемости оператора. The working end face of the vibrational transformer in the tool in question is made of solid high strength. This provides a high-quality elastic rebound of the moving shock elements from the vibrating end. But this makes it necessary to produce the entire vibrational velocity transformer from this solid material, which is economically impractical. In addition, such an oscillating speed transformer will quickly collapse, since the solid material will not withstand long-term cyclic alternating stresses along the length of the transformer. The manufacture of the working end by spraying or surfacing a hard alloy is inefficient, since significant shock loads require a significant thickness of this hard layer, which leads to a significant increase in the cost of the product. When the solid layer of the working end is destroyed, the ultrasonic instrument loses its working capacity and requires complete dismantling and a very substantial repair. As in the previous case, this tool has a protective vibration-proof coating in the places of holding the tool by the hands of the operator, but a rubber surface that is smooth without artificially made protrusions makes it difficult for the operator to hold the tool during impact processing. The operator is forced to make significant efforts to hold and move the vibrating tool on the work surface, which leads to rapid fatigue of the operator.
Данный заявитель сконструировал и воплотил это изобретение для преодоления этих недостатков и получения дальнейших преимуществ.  This applicant has designed and embodied this invention to overcome these disadvantages and obtain further benefits.
Изложение сущности изобретения Изобретение представлено и охарактеризовано в основной формуле. Цель изобретения - повышение эффективности, ремонтопригодности, эргономичности и безопасности инструмента, а также качества обработки поверхности за счет изменения конструкции вибрационного привода, применения новой формы поверхности теплообмена вибрационного привода, применения новой формы виброизоляционного покрытия инструмента и применения шариковых ударных элементов в сочетании с различными конструктивными исполнениями головок. SUMMARY OF THE INVENTION The invention is presented and characterized in the main formula. The purpose of the invention is to increase the efficiency, maintainability, ergonomics and safety of the tool, as well as the quality of surface treatment by changing the design of the vibration drive, using a new shape of the heat transfer surface of the vibration drive, using a new form of vibration insulation coating of the tool and the use of ball impact elements in combination with various designs heads.
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей согласно изобретению состоит из корпуса с рукояткой, покрытых виброизоляционным покрытием и в котором с помощью направляющих скольжения с возможностью, ограниченного штифтом, движения вдоль корпуса размещен стакан, на одном торце которого размещена головка с подвижными ударными элементами, которая зафиксирована относительно стакана с возможностью быстрого съема, на другом торце размещен штуцер для подвода воздуха системы принудительного охлаждения и электрический кабель генератора ультразвуковых колебаний, а в середине стакана с кольцевым щелевым зазором и акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений с развитой теплообменной поверхностью, образованный пьезоэлектрическим преобразователем с частотознижающими накладками, одна из которых выполнена как одно целое с трансформатором колебательной скорости, в котором с помощью отверстий обеспечена возможность сквозного прохода воздуха системы принудительного охлаждения от торца со штуцером, через щелевой зазор с теплообменной поверхностью и до рабочего торца, который взаимодействует с подвижными ударными элементами головки и выполнен тведосплавным, причем стакан установлен в корпусе с возможностью упругого поджатия ударных элементов к обрабатываемой поверхности, а температура теплообменной поверхности и положение стакана относительно корпуса контролируются датчиками, теплообменная поверхность вибрационного привода вдоль щелевого зазора выполнена в виде винтовой канавки с полукруглым профилем, частотопонижающая накладка, не объединенная с трансформатором колебательной скорости, выполнена из материала, имеющего акустическое сопротивление большее, чем материал трансформатора колебательной скорости, рабочий торец трансформатора колебательной скорости выполнен в виде накладки из тведосплавного с высокой ударной вязкостью материала, которая плотно присоединена к трансформатору колебательной скорости, причем толщина накладки значительно меньше четверти длины волны деформации, устанавливающейся по длине ультразвукового вибрационного привода, виброизоляционное покрытие корпуса выполнено в виде набора резиновых колец, расположенных в месте удержания корпуса рукой оператора, а подвижные ударные элементы головки выполнены в виде шариков из материала высокой прочности, заполняющих головку, выполненную пустотелой конической формы. Как вариант, винтовая канавка может быть выполнена многозаходной. An ultrasonic tool for impacting the surfaces of parts according to the invention consists of a housing with a handle coated with a vibration-insulating coating and in which, with the help of sliding guides with the possibility of movement limited by a pin, a glass is placed along the housing, on one end of which there is a head with movable impact elements, which is fixed relative to the glass with the possibility of quick removal, on the other end there is a fitting for supplying air to the forced cooling system and an electric the ultrasonic vibrations generator cable, and in the middle of the glass with an annular slotted gap and acoustically isolated, an ultrasonic vibrational reciprocating drive with a developed heat-exchange surface is formed, formed by a piezoelectric transducer with frequency-reducing plates, one of which is made integrally with the vibrational velocity transformer, in which through the holes provides the possibility of a through passage of air of the forced cooling system from the end face with pcs tserom through slit gap with a heat exchange surface and to the working end, which interacts with the movable impact elements of the head and is made of alloy, the glass is installed in the housing with the possibility of elastic compression of the impact elements to the work surface, and the temperature of the heat exchange surface and the position of the glass relative to the housing are controlled by sensors, the heat transfer surface of the vibrating drive along the slotted gap is made in in the form of a helical groove with a semicircular profile, a frequency-reducing pad, which is not combined with the transformer oscillatory th speed, made of a material having an acoustic resistance greater than the material of the vibrational velocity transformer, the working end of the vibrational velocity transformer is made in the form of a hard alloy plate with high impact toughness, which is tightly connected to the vibrational velocity transformer, and the thickness of the plate is much less than a quarter of the length deformation waves, established along the length of the ultrasonic vibratory drive, vibration-proof coating of the body is made in the form of ora of rubber rings located in the place of holding the body by the operator’s hand, and the movable impact elements of the head are made in the form of balls of high strength material filling the head made of a hollow conical shape. Alternatively, the helical groove may be multi-threading.
Дополнительно головка может быть оснащена упругой манжетой, выполненной из материала с малым коэффициентом трения, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью и на которую одета быстросъемные пластина, защищающая шарики от выпадения. Кроме того, головка может быть оснащена перфорированной пластиной, отверстия в которой меньше диаметра шариков, а высота головки и количество шариков выбраны такими, что расстояние, на которое выступают шарики из перфорированной пластины больше, чем зазор между рабочим торцом трансформатора колебательной скорости и шариками. In addition, the head can be equipped with an elastic cuff made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the surface being treated and on which a quick-detachable plate is put on, which protects the balls from falling out. In addition, the head can be equipped with a perforated plate, the holes in which are smaller than the diameter of the balls, and the height of the head and the number of balls are chosen such that the distance by which the balls protrude from the perforated plate is greater than the gap between the working end of the vibrational transformer and the balls.
Кроме того, головка может быть оснащена упругой манжетой, выполненной из материала с малым коэффициентом трения, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью, и дополнительно охвачена электромагнитной катушкой, которая отключается при прижатии ультразвукового инструмента к обрабатываемой поверхности.  In addition, the head can be equipped with an elastic cuff made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the treated surface, and is additionally covered by an electromagnetic coil, which is disconnected when the ultrasonic tool is pressed against the treated surface.
Кроме того, часть конической головки, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью, может быть выполнена по форме обрабатываемой поверхности, например, иметь цилиндрический профиль.  In addition, the part of the conical head that is in contact with the surface to be machined can be made in the shape of the surface to be machined, for example, to have a cylindrical profile.
Повышение эффективности ультразвукового инструмента достигается за счет направления большего количества ультразвуковой энергии в вибрационном приводе в сторону трансформатора колебательной скорости с рабочим торцом. Для этого предложено частотопонижающую накладку изготавливать из материала, имеющего большее акустическое сопротивление, чем материал другой накладки, выполненной как одно целое с трансформатором колебательной скорости. Выполнение теплообменной поверхности привода в виде винтовой канавки приведет к образованию в щелевом зазоре, через который движется поток воздуха, вихрей, которые обеспечат быстрое и эффективное снятие тепла с нагретой поверхности привода, что уменьшит риск перегрева инструмента и увеличит допустимое время непрерывной работы. Такая винтовая канавка, кроме того, технологична в изготовлении. Improving the efficiency of the ultrasonic tool is achieved by directing more ultrasonic energy in the vibratory drive towards the vibrational transformer with a working end. To do this, it is proposed that the frequency-reducing pad be made of a material having a greater acoustic impedance than the material of another pad made as a unit with a vibrational velocity transformer. The execution of the heat-exchange surface of the drive in the form of a helical groove will lead to the formation of vortices in the slotted gap through which the air stream moves, which will provide quick and efficient heat removal from the heated drive surface, which will reduce the risk overheating of the tool and increase the permissible time of continuous operation. Such a helical groove, in addition, is technologically advanced to manufacture.
Повышение ремонтопригодности инструмента будет достигнуто за счет возможности замены твердосплавной накладки на рабочем торце трансформатора колебательной скорости. При этом накладка будет сделана не просто из твердого материала, но и с высокой ударной вязкостью, что обеспечит ей длительный срок работы без разрушения. Выбранная толщина твердосплавной накладки, которая значительно меньше четверти длины волны деформации, установившейся по длине ультразвукового вибрационного привода, обеспечит ей колебания с большой амплитудой. При этом накладка будет подвергаться минимальным усилиям разрыва. Выполнение виброизоляционного покрытие корпуса в виде набора резиновых колец повысит эргономичность инструмента благодаря облегчению удержания инструмента в руке оператора. Это приведет к снижению усталости оператора при работе с инструментом.  Improving the maintainability of the tool will be achieved due to the possibility of replacing the hard-alloy pads on the working end of the vibrational transformer. In this case, the pad will be made not only of hard material, but also with high impact strength, which will provide it with a long service life without destruction. The selected thickness of the carbide pad, which is significantly less than a quarter of the deformation wavelength established along the length of the ultrasonic vibratory drive, will provide it with high amplitude vibrations. In this case, the pad will be subjected to minimal tensile forces. The implementation of the vibration-insulating coating of the body in the form of a set of rubber rings will increase the ergonomics of the tool by facilitating the holding of the tool in the operator’s hand. This will reduce operator fatigue while working with the tool.
Повышение качества обработки поверхности достигается благодаря применению шариковых ударных элементов, обеспечивающих хаотические удары по всей обрабатываемой поверхности независимо от ее плоскостности. Improving the quality of surface treatment is achieved through the use of ball percussion elements that provide chaotic impacts across the entire machined surface, regardless of its flatness.
Краткое описание графического материала Эти и другие характеристики изобретения станут еще более понятными из нижеследующего описания предпочтительной формы воплощения изобретения, представленной в виде не ограничивающих примеров, со ссылкой на прилагаемый графический материал, где: где на фиг.1 показан предложенный ультразвуковой инструмент в разрезе; A brief description of the graphic material These and other characteristics of the invention will become even more clear from the following description of the preferred form of embodiment of the invention, presented in the form of non-limiting examples, with reference to the attached graphic material, where: where in Fig.1 shows the proposed ultrasonic instrument in section;
на фиг.2 и фиг.З - увеличенный вид головки с шариковыми ударными элементами, упругой манжетой и пластиной, защищающей шарики от выпадения; figure 2 and fig.Z is an enlarged view of the head with ball impact elements, an elastic cuff and a plate that protects the balls from falling out;
на фиг.4 и фиг.5 - головка с шариковыми ударными элементами и перфорированной пластиной; figure 4 and figure 5 - head with ball impact elements and a perforated plate;
на фиг.6 - головка с шариковыми ударными элементами и электромагнитной катушкой. figure 6 - head with ball shock elements and an electromagnetic coil.
Детальное описание предпочтительного варианта Detailed Description of Preferred Option
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей содержит (фиг.1) корпус 1 с рукояткой 2, в котором через направляющие скольжения 3 установлен стакан 4. Стакан 4 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения, которое ограничено, зафиксированным на нем, штифтом 5, входящим в продольный паз корпуса 1. На одном торце стакана 4 размещена головка 6 с подвижными ударными элементами, которые выполнены в виде шариков 7 из материала высокой прочности, заполняющих головку 6, выполненную пустотелой конической формы. Головка 6 (фиг.1 , фиг.2) зафиксирована относительно стакана 4 с возможностью быстрого съема за счет шарика 8, поджатого кольцевой пружиной 9 и входящего в лунку на цилиндрической поверхности головки 6. На другом торце стакана 4 размещен штуцер 10 для подвода воздуха системы принудительного охлаждения и электрический кабель 11 генератора ультразвуковых колебаний (на рисунке условно не показан). В середине стакана с кольцевым щелевым зазором 12 и акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений с развитой теплообменной поверхностью. Акустическая развязка достигается за счет крепления привода в стакане 4 узловым сечением через акустически непрозрачное уплотнение 13. Ультразвуковой вибрационный привод образован пьезоэлектрическим преобразователем, в состав которого входят пьезокерамические кольца 14 и две частопонижающие накладки 15. Одна из накладок 15 выполнена как одно целое с трансформатором колебательной скорости 16, в котором с помощью отверстий 17 обеспечена возможность сквозного прохода воздуха системы принудительного охлаждения от торца со штуцером 10, через щелевой зазор 12 с теплообменной поверхностью и до рабочего торца, который взаимодействует с подвижными ударными элементов 7 головки 6 и выполнен в виде плотно прижатой к трансформатору колебательной скорости накладки 18 из твердосплавного с высокой ударной вязкостью материала. Толщина накладки 18 значительно меньше четверти длины волны деформации, устанавливающейся по длине ультразвукового вибрационного привода. Теплообменная поверхность вибрационного привода вдоль щелевого зазора 12 выполнена в виде винтовой канавки с полукруглым профилем. Винтовая канавка может быть выполнена многозаходной. Штифт 5 поджат к передней кромке продольного паза корпуса 1 с помощью пружины 19. В стакане 4 установлены датчики температуры и положения стакана 4 относительно корпуса 1 (датчики на рисунке условно не показаны). Виброизоляционное покрытие корпуса выполнено в виде набора резиновых колец 20, размещенных в месте удержания корпуса рукой оператора. An ultrasonic tool for impact processing of surfaces of parts contains (Fig. 1) a housing 1 with a handle 2, in which a cup 4 is installed through the sliding guides 3. The glass 4 has the possibility of reciprocating movement, which is limited by a pin 5 included in it a longitudinal groove of the housing 1. At one end of the cup 4 there is a head 6 with movable impact elements, which are made in the form of balls 7 of high strength material filling the head 6, made of a hollow conical shape. The head 6 (Fig. 1, Fig. 2) is fixed relative to the cup 4 with the possibility of quick removal due to the ball 8, pressed by an annular spring 9 and entering the hole on the cylindrical surface of the head 6. At the other end of the cup 4 there is a fitting 10 for supplying system air forced cooling and electric cable 11 of the generator of ultrasonic vibrations (in the figure, conditionally not shown). In the middle of the glass with an annular slit gap 12 and an ultrasonic decoupled ultrasonic vibrational drive of reciprocating movements with a developed heat-exchange surface is placed. Acoustic isolation is achieved by attaching the drive in the cup 4 with a nodal section through an acoustically opaque seal 13. The ultrasonic vibrating drive is formed by a piezoelectric transducer, which includes piezoceramic rings 14 and two frequency-reducing plates 15. One of the plates 15 is made as a whole with a transformer of vibrational speed 16, in which with the help of the holes 17 it is possible to pass through the air of the forced cooling system from the end with the fitting 10, through spruce gap 12 with a heat exchange surface and to the working end, which interacts with the movable shock elements 7 of the head 6 and is made in the form of a vibration-resistant lining 18 pressed from a carbide material with high impact strength tightly pressed to the transformer. The thickness of the lining 18 is significantly less than a quarter of the deformation wavelength established along the length of the ultrasonic vibratory drive. The heat exchange surface of the vibration drive along the slotted gap 12 is made in the form of a helical groove with a semicircular profile. The helical groove may be multi-start. The pin 5 is pressed to the front edge of the longitudinal groove of the housing 1 using a spring 19. In the glass 4, temperature and position sensors of the glass 4 are installed relative to the housing 1 (the sensors are conventionally not shown in the figure). The vibration-proof coating of the housing is made in the form of a set of rubber rings 20, placed in place holding the case by the hand of the operator.
Как вариант, коническая головка 6 может контактировать с обрабатываемой поверхностью через упругую манжету 21 (фиг.2), выполненную из материала с малым коэффициентом трения. От выпадения шарики 7 удерживаются в головке 6 с помощью быстросъемной пластины 22, одетой на манжету 21 (фиг.2, фиг.З). Как вариант, головка 6 может быть оснащена перфорированной пластиной 23 (фиг.4, фиг.5), отверстия в которой меньше диаметра шариков 7, а высота головки и количество шариков выбраны такими, что расстояние 12, на которую выступают шарики из перфорированной пластины 23 больше, чем зазор 11 между рабочим торцом трансформатора колебательной скорости и шариками.  Alternatively, the conical head 6 may be in contact with the surface to be treated through an elastic sleeve 21 (FIG. 2) made of a material with a low coefficient of friction. From falling out, the balls 7 are held in the head 6 by means of a quick-detachable plate 22, dressed on a cuff 21 (FIG. 2, FIG. 3). Alternatively, the head 6 may be equipped with a perforated plate 23 (FIG. 4, FIG. 5), the holes in which are smaller than the diameter of the balls 7, and the height of the head and the number of balls are selected such that the distance 12 over which the balls protrude from the perforated plate 23 more than the gap 11 between the working end of the vibrational transformer and balls.
Как вариант, головка 6 может быть оснащена упругой манжетой 21 (фиг.6), выполненной из материала с малым коэффициентом трения, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью, и дополнительно охвачена электромагнитной катушкой 24, которая отключается при прижатии ультразвукового инструмента к обрабатываемой поверхности. Alternatively, the head 6 can be equipped with an elastic cuff 21 (Fig.6) made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the treated surface, and is additionally covered by an electromagnetic coil 24, which is turned off when the ultrasound tool is pressed against the treated surface.
Как вариант, часть конической головки 6, контактирующая с обрабатываемой поверхностью, может быть выполнена по форме обрабатываемой поверхности, например, иметь цилиндрический профиль при необходимости ударной обработки внутренних поверхностей трубчатых изделий.  Alternatively, the part of the conical head 6 in contact with the surface to be machined can be made in the shape of the surface to be machined, for example, have a cylindrical profile if necessary, impact treatment of the inner surfaces of the tubular products.
Ультразвуковой инструмент работает следующим образом. После подачи сжатого воздуха в штуцер 10, который проходит сквозь щелевой зазор 12 с теплообменной поверхностью, отверстия 17 в трансформаторе колебательной скорости 16, охлаждает рабочий торец с накладкой 18 и выходит из инструмента через головку 6 с шариками 7, ультразвуковой инструмент готов к работе. Поток воздуха, движущийся по щелевому зазору образует в канавках кольцевые вихри, интенсивно снимающие тепло с поверхности вибрационного привода. При этом одна часть тепла уносится воздухом, а вторая часть, благодаря кольцевым вихрям, передается стакану 4. Дополнительно канавки вентилируются воздухом, движущимся вдоль винтовой канавки. Датчик температуры контролирует температуру преобразователя при работе, не допуская его перегрева. Оператор удерживает инструмент за корпус в месте расположения набора резиновых колец 20 и рукоятку 2. Инструмент вводят в механический контакт с обрабатываемой поверхностью и, в случае применения головки фиг.2, вытаскивают быстросъемную пластину 22, которая препятствовала выпадению шариков из головки. Нажатием через рукоятку 2 оператор добивается осевого смещения корпуса 1 относительно стакана 4 (3 ... 5мм) пока не сработает датчик относительного перемещения стакана 4 и корпуса 1. При этом сжимается упругая манжета 21 и шарики зажимаются между обрабатываемой поверхностью и рабочим торцом вибрационного привода. Датчик перемещения включает ультразвуковой генератор электрических колебаний. Последний подает через кабель 11 напряжение ультразвуковой частоты на ультразвуковой преобразователь и возбуждает в нем резонансные упругие продольные механические колебания. Трансформатор колебательной скорости 16 увеличивает амплитуду колебаний рабочего торца (до 20 ... 30МКМ). Шарики 7, находящихся в контакте с рабочим торцом, вследствие ударного взаимодействия начинают отскакивать и передавать полученную кинетическую энергию другим шарикам. Шарики, находящиеся в контакте с обрабатываемой поверхностью, начинают ударно взаимодействовать с ней, осуществляя пластическую деформацию последней и отскакивая от нее. Инструмент прижимается к поверхности с усилием 40 ... 60 Н. В результате ударного упругого взаимодействия всех подвижных элементов инструмента образуется сложная резонансная колебательная система. Поток нагретого воздуха, выходящего из головки, обдувает поверхность для постоянного визуального наблюдения и предотвращает попадание продуктов обработки (окалина, ржавчина, грязь и т.п.) в головку. Когда обработка закончена, быстросъемная пластина 22 снова одевается на манжету головки и препятствует выпадению шариков из головки при нерабочем состоянии инструмента. Ultrasonic instrument works as follows. After supplying compressed air to the nozzle 10, which passes through the slotted gap 12 with the heat exchange surface, the holes 17 in the transformer of vibrational velocity 16, cools the working end face with the pad 18 and leaves the tool through the head for 6 s balls 7, the ultrasonic instrument is ready to work. The air flow moving along the slot gap forms annular vortices in the grooves, which intensively remove heat from the surface of the vibratory drive. In this case, one part of the heat is carried away by the air, and the second part, thanks to the annular vortices, is transferred to the cup 4. Additionally, the grooves are ventilated by air moving along the helical groove. The temperature sensor monitors the temperature of the converter during operation, preventing its overheating. The operator holds the tool by the housing at the location of the set of rubber rings 20 and the handle 2. The tool is brought into mechanical contact with the work surface and, in the case of using the head of figure 2, pull out the quick-release plate 22, which prevented the balls from falling out of the head. By pressing through the handle 2, the operator achieves the axial displacement of the housing 1 relative to the cup 4 (3 ... 5 mm) until the relative displacement sensor of the cup 4 and the body 1 is activated. In this case, the elastic cuff 21 is compressed and the balls are clamped between the machined surface and the working end of the vibration drive. The displacement sensor includes an ultrasonic generator of electrical vibrations. The latter supplies an ultrasonic frequency voltage through the cable 11 to the ultrasonic transducer and excites in it resonant elastic longitudinal mechanical vibrations. The transformer of vibrational velocity 16 increases the amplitude of the oscillations of the working end (up to 20 ... 30MKM). Balls 7 in contact with the working end, due to shock interaction, begin to bounce and transfer the obtained kinetic energy to other balls. Balls in contact with the surface to be treated, begin to interact with her shock, realizing the plastic deformation of the latter and bouncing off of it. The tool is pressed to the surface with a force of 40 ... 60 N. As a result of shock elastic interaction of all moving elements of the tool, a complex resonant oscillatory system is formed. A stream of heated air leaving the head blows around the surface for constant visual observation and prevents the ingress of processed products (scale, rust, dirt, etc.) into the head. When the treatment is finished, the quick-release plate 22 is again put on the cuff of the head and prevents the balls from falling out of the head when the tool is inoperative.
В случае применения головки с перфорированной пластиной (фиг.4 и фиг.5) работа осуществляется аналогичным образом. Перфорированная пластина 23 препятствует выпадению шариков из головки при нерабочем состоянии инструмента. Наличие указанного соотношения зазоров 12 и 11 обеспечивает возможность свободного колебательного движения шариков между рабочим торцом трансформатора колебательной скорости и обрабатываемой поверхностью.  In the case of using a head with a perforated plate (Fig. 4 and Fig. 5), the work is carried out in a similar way. The perforated plate 23 prevents the balls from falling out of the head when the tool is inoperative. The presence of the specified ratio of the gaps 12 and 11 provides the possibility of free oscillatory movement of the balls between the working end of the transformer of vibrational velocity and the surface to be treated.
В случае использования вместо быстросъемной пластины 22, которая препятствует выпадению шариков, электромагнита 24 (фиг.6) работа инструмента происходит следующим образом. После прижима инструмента к обрабатываемой поверхности, т.е. смещения корпуса 1 относительно стакана 4 на 3 ... 5 мм срабатывает датчик перемещения, который включает генератор электрических ультразвуковых колебаний и одновременно отключает электромагнит. После окончания обработки и выключения генератора электрических колебаний снова включается электромагнит и удерживает шарики от выпадения из головки. In the case of using instead of a quick-detachable plate 22, which prevents the balls from falling out, an electromagnet 24 (Fig. 6), the tool operates as follows. After pressing the tool to the work surface, i.e. the displacement of the housing 1 relative to the cup 4 by 3 ... 5 mm triggers a displacement sensor that turns on the generator of electrical ultrasonic vibrations and simultaneously turns off the electromagnet. After finishing processing and shutting down The generator of electric oscillations turns on the electromagnet again and keeps the balls from falling out of the head.
При необходимости ударной обработки фасонных поверхностей головка может иметь не плоскую поверхность контакта с обрабатываемой поверхностью, а соответствующую ей по профилю. Например, при обработке внутренней поверхности цилиндрических изделий головка тоже может быть выполнена с соответствующим цилиндрическим профилем. If necessary, the impact treatment of shaped surfaces, the head may not have a flat contact surface with the surface being machined, but a profile corresponding to it. For example, when processing the inner surface of cylindrical products, the head can also be made with the corresponding cylindrical profile.
Благодаря предложенной новой конструкции системы охлаждения инструмента удалось повысить его эффективность. Теперь инструмент способен без перегрева работать значительно большее время. Теплообменная поверхность теперь более технологична в изготовлении. В новом инструменте благодаря применению материалов с различными акустическими сопротивлениями удалось осуществить перераспределение ультразвуковой энергии между торцами вибрационного привода. Теперь больший поток энергии будет направлен в сторону рабочего торца, взаимодействующего с шариками.  Thanks to the proposed new design of the tool cooling system, it was possible to increase its efficiency. Now the tool is able to work much longer without overheating. The heat exchange surface is now more technologically advanced in manufacture. Thanks to the use of materials with various acoustic impedances, the redistribution of ultrasonic energy between the ends of the vibration drive was possible in the new instrument. Now a larger flow of energy will be directed towards the working end interacting with the balls.
Новая конструкция инструмента более ремонтопригодна и надежна. Применение съемной накладки на рабочем торце привода позволит изготовить ее из материала с особыми свойствами, например, твердосплавного с высокой ударной вязкостью. Это повысит надежность инструмента. В случае необходимости накладку можно легко заменить без демонтажа всего инструмента.  The new tool design is more maintainable and reliable. The use of a removable cover on the working end of the drive will allow it to be made of a material with special properties, for example, carbide with high impact strength. This will increase tool reliability. If necessary, the pad can be easily replaced without dismantling the entire tool.
Примененная новая форма виброизоляционного покрытия инструмента улучшит его эргономические свойства. Теперь оператору легче удерживать вибрирующий инструмент на обрабатываемой поверхности. Новое виброизоляционное покрытие технологично в изготовлении, поскольку в качестве его можно использовать стандартные уплотнительные кольца. Новый инструмент обеспечивает и более качественную ударную обработку фасонных поверхностей. Большое количество шариков, которые двигаются в разных направлениях, позволит обработать различные неровности поверхности. The applied new form of vibration-insulating coating of the instrument will improve its ergonomic properties. Now it’s easier for the operator to hold the vibrating tool on the work surface. New vibration isolation coating technologically advanced in manufacture, since standard o-rings can be used as it. The new tool also provides better impact processing of shaped surfaces. A large number of balls that move in different directions will allow to process various surface irregularities.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей; указанный инструмент содержит корпус с рукояткой, покрытые виброизоляционным покрытием и в котором с помощью направляющих скольжения с возможностью, ограниченного штифтом, движения вдоль корпуса размещен стакан, на одном торце которого размещена головка с подвижными ударными элементами, которая зафиксирована относительно стакана с возможностью быстрого съема, на другом торце размещен штуцер для подвода воздуха системы принудительного охлаждения и электрический кабель генератора ультразвуковых колебаний, а в середине стакана с кольцевым щелевым зазором и акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений с развитой теплообменной поверхностью, образованный пьезоэлектрическим преобразователем с частотопонижающими накладками, одна из которых выполнена как одно целое с трансформатором колебательной скорости, в котором с помощью отверстий обеспечена возможность сквозного прохода воздуха системы принудительного охлаждения от торца со штуцером, через щелевой зазор с теплообменной поверхностью и до рабочего торца, который взаимодействует с подвижными ударными элементами головки и выполнен твердосплавным, причем стакан установлен в корпусе с возможностью упругого поджатия ударных элементов к обрабатываемой поверхности, а температура теплообменной поверхности и положение стакана относительно корпуса контролируются датчиками, отличающийся тем, что теплообменная поверхность вибрационного привода вдоль щелевого зазора выполнена в виде винтовой канавки с полукруглым профилем, частотопонижающая накладка, не объединенная с трансформатором колебательной скорости, выполнена из материала, имеющего акустическое сопротивление большее, чем материал трансформатора колебательной скорости, рабочий торец трансформатора колебательной скорости выполнен в виде накладки из тведосплавного с высокой ударной вязкостью материала, плотно присоединена к трансформатору колебательной скорости, причем толщина накладки значительно меньше четверти длины волны деформации, устанавливающейся по длине ультразвукового вибрационного привода, виброизоляционное покрытие корпуса выполнено в виде набора резиновых колец, расположенных в месте удержания корпуса рукой оператора, а подвижные ударные элементы головки выполнены в виде шариков из материала высокой прочности, заполняющих головку, выполненную пустотелой конической формы.1. Ultrasonic tool for impact processing of surfaces of parts; said tool comprises a housing with a handle coated with a vibration-insulating coating and in which, with the help of sliding guides with the possibility of pin-limited movement, a glass is placed along the body, at one end of which there is a head with movable shock elements, which is fixed relative to the glass with the possibility of quick removal, at the other end there is a fitting for supplying air to the forced cooling system and an electric cable for the ultrasonic oscillation generator, and in the middle of the glass with An ultrasonic vibrational reciprocating drive with a developed heat-exchange surface, formed by a piezoelectric transducer with frequency-decreasing plates, one of which is made as a whole with a vibrational speed transformer, in which through holes the forced air through the system cooling from the end with the fitting, through the slotted gap with the heat exchange surface and to the working rts, which interacts with movable impact elements of the head and is made of carbide, and the glass is installed in the housing with the possibility of elastic compression of the shock elements to the work surface, and the temperature of the heat exchange surface and the position of the glass relative to the housing are controlled by sensors, characterized in that the heat exchange surface of the vibratory drive along the slot the gap is made in the form of a helical groove with a semicircular profile, the frequency-reducing pad, not combined with the vibrational transformer, is made of a material having an acoustic resistance greater than the material of the vibrational transformer, the working end of the vibrational transformer is made in the form of a tread alloy with a high impact strength material, tightly attached to the transformer of vibrational velocity, and the thickness of the lining is significantly less than a quarter of the wavelength deformations of which is established along the length of the ultrasonic vibration drive vibration insulating covering body is designed as a set of rubber rings located at the site of containment body of the operator arm and movable percussion head elements are in the form of balls of a material of high strength, filling head formed hollow conical shape.
2. Ультразвуковой инструмент по п.1, отличающийся тем, что винтовая канавка выполнена многозаходной. 2. The ultrasonic instrument according to claim 1, characterized in that the helical groove is made multi-start.
3. Ультразвуковой инструмент по п.1 и п.2, отличающийся тем, что головка оснащена упругой манжетой, выполненной из материала с малым коэффициентом трения, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью и на которую одета быстросъемная пластина, защищающая шарики от выпадения.  3. The ultrasonic instrument according to claim 1 and claim 2, characterized in that the head is equipped with an elastic cuff made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the work surface and is wearing a quick-release plate that protects the balls from falling out.
4. Ультразвуковой инструмент по п.1 и п.2, отличающийся тем, что головка оснащена перфорированной пластиной, отверстия в которой меньше диаметра шариков, а высота головки и количество шариков выбраны такими, что расстояние, на которое выступают шарики из перфорированной пластины больше, чем зазор между рабочим торцом трансформатора колебательной скорости и шариками. 4. The ultrasonic instrument according to claim 1 and claim 2, characterized in that the head is equipped with a perforated plate, the holes in which are smaller than the diameter of the balls, and the height of the head and the number of balls are selected such that the distance by which the balls protrude from the perforated plate is greater, than the gap between the working end of the vibrational transformer and the balls.
5. Ультразвуковой инструмент по пЛ и п.2, отличающийся тем, что головка оснащена упругой манжетой, выполненной из материала с малым коэффициентом трения, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью, и дополнительно охвачена электромагнитной катушкой, которая отключается при прижатии ультразвукового инструмента к обрабатываемой поверхности. 5. An ultrasonic tool according to claim 11 and claim 2, characterized in that the head is equipped with an elastic cuff made of a material with a low coefficient of friction, which is in contact with the surface being treated, and is additionally covered by an electromagnetic coil, which is disconnected when the ultrasonic tool is pressed against the surface to be treated.
6. Ультразвуковой инструмент по п.1-п.5, отличающийся тем, что часть конической головки, контактирующей с обрабатываемой поверхностью, выполнена по форме обрабатываемой поверхности, например, имеет цилиндрический профиль.  6. The ultrasonic tool according to claim 1, claim 5, characterized in that the part of the conical head in contact with the surface to be machined is made in the shape of the surface to be machined, for example, has a cylindrical profile.
PCT/UA2011/000054 2010-11-30 2011-07-13 Ultrasonic instrument for the impact machining of component surfaces WO2012074499A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201014360A UA99365C2 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Ultrasonic tool for impact treatment of surfaces of parts
UAA201014360 2010-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012074499A1 true WO2012074499A1 (en) 2012-06-07

Family

ID=46172180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2011/000054 WO2012074499A1 (en) 2010-11-30 2011-07-13 Ultrasonic instrument for the impact machining of component surfaces

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA99365C2 (en)
WO (1) WO2012074499A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104708502A (en) * 2015-03-11 2015-06-17 浙江工业大学 Method for machining tiny grooves through ultrasonic grinding
ES2615002A1 (en) * 2017-03-21 2017-06-02 Universitat Politécnica de Catalunya Bluing tool with ball assisted by vibrations\rultrasonic (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
CN112865597A (en) * 2021-03-30 2021-05-28 吉林大学 Time-lag effect inertial piezoelectric driver based on flexible hinge
RU213646U1 (en) * 2020-08-26 2022-09-21 Общество с ограниченной ответственностью "Терра-сталь Групп" Ultrasonic Tool for Hardening Internal Cylindrical Surfaces of Metal Products

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA105413C2 (en) * 2012-08-23 2014-05-12 Юрий Филиппович Кудрявцев Ultrasonic tool for impact treatment of part surfaces
CN110681876B (en) * 2019-09-30 2021-01-01 东北大学 Double-spiral-groove combined type single-excitation three-dimensional curved surface ultrasonic auxiliary turning device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1784450C (en) * 1990-06-28 1992-12-30 Московский Автомобильно-Дорожный Институт Device for ultrasonic treatment of surfaces in flat workpieces
RU2129942C1 (en) * 1997-02-21 1999-05-10 Казаков Владимир Михайлович Apparatus for finishing and strengthening surface of parts
UA87006C2 (en) * 2007-06-08 2009-06-10 Георгий Иванович Прокопенко Ultrasonic tool for deformation strengthening and relaxation metal MACHINing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1784450C (en) * 1990-06-28 1992-12-30 Московский Автомобильно-Дорожный Институт Device for ultrasonic treatment of surfaces in flat workpieces
RU2129942C1 (en) * 1997-02-21 1999-05-10 Казаков Владимир Михайлович Apparatus for finishing and strengthening surface of parts
UA87006C2 (en) * 2007-06-08 2009-06-10 Георгий Иванович Прокопенко Ultrasonic tool for deformation strengthening and relaxation metal MACHINing

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104708502A (en) * 2015-03-11 2015-06-17 浙江工业大学 Method for machining tiny grooves through ultrasonic grinding
ES2615002A1 (en) * 2017-03-21 2017-06-02 Universitat Politécnica de Catalunya Bluing tool with ball assisted by vibrations\rultrasonic (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
RU213646U1 (en) * 2020-08-26 2022-09-21 Общество с ограниченной ответственностью "Терра-сталь Групп" Ultrasonic Tool for Hardening Internal Cylindrical Surfaces of Metal Products
CN112865597A (en) * 2021-03-30 2021-05-28 吉林大学 Time-lag effect inertial piezoelectric driver based on flexible hinge

Also Published As

Publication number Publication date
UA99365C2 (en) 2012-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2540230C2 (en) Ultrasound tool for straining of welds and surfaces
WO2008150250A1 (en) Ultrasonic tool for hardening and relaxation treatment of metals
WO2012074499A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact machining of component surfaces
US7431779B2 (en) Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces
CN110724804A (en) Ultrasonic-assisted vibration shot blasting strengthening process method for tooth root and tooth surface
RU2005103594A (en) METHOD FOR ULTRASONIC SHOCK MECHANICAL PROCESSING OF HOUSING SURFACES FOR CORRECTION OF DEFECTS AND STRENGTHENING OF WORKING SURFACES
WO2014168598A1 (en) Ultrasonic tool for the impact treatment of workpiece surfaces
WO2012060798A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact treatment of components and welded joints
WO2014031088A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact treatment of surfaces of components
JP4509714B2 (en) Surface modification method and surface modification apparatus
WO2007015688A1 (en) Method for ultrasound vibro-impact processing of long-length product surface
EP2389273B1 (en) Ultrasonic treatment device
WO2012064310A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact treatment of hard to reach component and welded joint sites
UA107039C2 (en) Ultrasonic impact treatment tool for part surfaces
RU2252859C1 (en) Ultrasonic tool for releasing residual stresses and strengthening surfaces of metals
RU2266805C1 (en) Working ultrasonic tool
UA155196U (en) ULTRASONIC EQUIPMENT FOR IMPACT PROCESSING OF INTERNAL SURFACES OF LONG HOLE PARTS
KR101615281B1 (en) A device of micro forging using ultrasonic for nano-size surface modification of metal
RU2392106C1 (en) Ultra-sonic processing tool for deformation strengthening and relaxation treatment
UA68264A (en) Ultrasonic tool for strain hardening and relaxation treatment of metals
RU2393953C2 (en) Ultrasound tool for strain hardening and relaxation processing
EP2519380B1 (en) Unit for surface treatment of top layers, especially of metal
RU2137587C1 (en) Device for surface strengthening of parts ("spring")
RU2129942C1 (en) Apparatus for finishing and strengthening surface of parts
CN117210660A (en) Firing pin type ultrasonic shot blasting forming device for large gear structural part and operation process thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11844790

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11844790

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1