WO2014031088A1 - Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей - Google Patents
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014031088A1 WO2014031088A1 PCT/UA2013/000001 UA2013000001W WO2014031088A1 WO 2014031088 A1 WO2014031088 A1 WO 2014031088A1 UA 2013000001 W UA2013000001 W UA 2013000001W WO 2014031088 A1 WO2014031088 A1 WO 2014031088A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- ultrasonic
- glass
- transformer
- housing
- cup
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 41
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 3
- 229940125810 compound 20 Drugs 0.000 description 2
- JAXFJECJQZDFJS-XHEPKHHKSA-N gtpl8555 Chemical compound OC(=O)C[C@H](N)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N1CCC[C@@H]1C(=O)N[C@H](B1O[C@@]2(C)[C@H]3C[C@H](C3(C)C)C[C@H]2O1)CCC1=CC=C(F)C=C1 JAXFJECJQZDFJS-XHEPKHHKSA-N 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound 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
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
- B06B2201/70—Specific application
- B06B2201/74—Underwater
Definitions
- the invention relates to the field of engineering, shipbuilding, construction and maintenance of oil and gas platforms, the creation of artificial islands and runways built on water, namely, the finishing of the surfaces of metal products and welded joints, which are subjected to significant alternating loads.
- the prior art includes an ultrasonic tool for deformation processing of surfaces and welded joints (Patent of Ukraine 68264, IPC V24V 39/00, V06V 1/06, 2007), comprising a housing in which a metal cup is mounted on sliding guides with the possibility of axial reciprocating movement, in which an ultrasonic piezoelectric transducer connected to an oscillating speed transformer and axial reciprocating motion and temperature sensors are installed through vibration isolation seals , accordingly, a glass with a spring is placed in the case with a glass, 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 case, one of which with the possibility of rotation around the axis of the housing, and the second is rigid.
- Such a tool has an inefficient cooling system.
- the ultrasonic transducer which heats up during operation, is located in a metal cup and only gives a small external surface heat due to convection of atmospheric air.
- the heated holder with movable strikers is also not forced cooling and is cooled only due to ineffective natural air convection. Dust, pollution elements and metal shavings that cover the surface to be treated during impact processing, firstly interfere with inspecting the processing places, and secondly, falling into holders that impede the impact mode of the tool.
- This ultrasonic instrument is not tight and can only work in air.
- the prior art also includes an ultrasonic tool for impact surface treatment of parts (Ukrainian Patent No. 87006, IPC V24V 39/00, V06V 1/06, V24V 1/04 2009), comprising a housing with a handle, coated with a vibration-insulating coating and in which using sliding guides with the possibility of movement limited by a pin along the body, a cup is placed, on one end of which there is a head with movable shock elements, which is fixed relative to the cup with the possibility of quick removal, a fitting for supply is placed on the other end forced-air cooling system and an ultrasonic vibrations generator electric cable, and in the middle of the glass with an annular slit gap and acoustically back there is an ultrasonic vibrational reciprocating drive with a developed heat-exchange surface, formed by a piezoelectric transducer with frequency-reducing plates, one of which is made as a whole with vibrational speed transformer, in which through holes the possibility of a through passage in the air of the forced cooling system from the end with the fitting
- Such a tool already has a more efficient forced air cooling system.
- the surface of the case is made developed due to additional ribs having a height less than the annular gap between the glass and the vibratory drive.
- the implementation of such longitudinal ribs is non-technological on the part, has a cylindrical shape and, in addition, such ribs do not contribute to the emergence of turbulent vortices on the heat transfer surface, which increase the efficiency of heat transfer processes.
- the air outlet through the head with movable percussion elements in the direction of the surface to be machined ensures that the pollution from percussion elements and the processed surface. But the use of such a cooling system does not allow making the ultrasonic piezoelectric drive airtight and use the tool for impact processing of surfaces under water.
- the working end face of the vibrational velocity transformer in this tool is made of high-strength solid. This provides a high-quality elastic rebound of the moving shock elements from the vibrating end.
- This ultrasonic instrument has an effective forced air cooling system with a developed heat exchange surface on a vibratory drive.
- the invention is provided and characterized in the main formula.
- the purpose of the invention is the improvement of the known ultrasonic tool for impact processing of surfaces of parts by expanding its functionality to implement impact processing of surfaces of parts under water.
- An ultrasonic tool for impacting the surfaces of parts comprises a housing with a handle coated with a vibration-insulating coating and in which, using sliding guides with the possibility of movement limited by a pin along the housing, a cup is placed, at one end of which there is a head with movable impact elements fixed relative to the cup with quick removal, on the other end is placed the supply of an electric cable for an ultrasonic oscillation generator, and in the middle a glass with an annular slit gap and placed back acoustically ultrasonic vibration drive reciprocating movement formed by the piezoelectric transducer with chastotoponizhayuschimi plates, one of which is integrally formed with the vibrational velocity transformer, has inlet and outlet ends of the working, the output end-face interacts with movable shock elements of the head and is made of carbide, the glass is installed in the housing with the possibility of elastic pressing of the shock elements to the surface to be machined, and the temperature of the heat exchange surface and the position of the glass relative to the housing are controlled by sensors
- one of the holes in the vibrational transformer can be made along the axis of the vibrational transformer through through from its output working end to almost the input end, which is made as close as possible to the nodal point of the ultrasonic deformation wave, established along the length of the vibrational velocity transformer.
- the annular gap between the sealed cup and the ultrasonic vibratory reciprocating drive can be filled with an elastic thermally conductive compound.
- a corrugated cut along the sleeve of material with high thermally conductive characteristics can be resiliently installed.
- the improvement of the known tool by expanding its functionality for performing shock processing under water is achieved by making the cup, which houses the ultrasonic vibratory drive of reciprocating movements, sealed from non-magnetic material, performing forced cooling by hydraulic due to the execution of the oscillatory speed of the system of holes in the transformer, sealed relative to the inner cavity of the glass and interconnected in about domain transformer input end of the oscillating velocity, with water flowing in them.
- This allows you to make heat exchange contact of cold water with a heated transformer of vibrational speed and to ensure its cooling during operation under water.
- an acoustic pump is organized in the body of the speed transformer, realized due to the fact that one of the holes in the transformer is made along the axis of the speed transformer through through from its output working end almost to the input end of which is adapted maximally 'close to the nodal point of the ultrasonic wave deformation established by the length of the transformer vibrational speed.
- the fluid will move through the channels due to the pressure drop in the standing acoustic wave. In this case, heat from the vibrational transformer will be intensively selected.
- the implementation of the glass of non-magnetic material will allow you to apply a magnetic system to control the position of the sealed glass relative to the housing. At the same time, placed in a glass, the vibration drive will automatically turn on and off in the required position relative to the housing.
- the use of three permanent magnets will ensure high reliability of the switch, since the elastic element of the switch will be forced to move with a movable magnet under the influence of two stationary magnets facing it with different poles and located on the tool body.
- Figure 1 shows the proposed ultrasonic instrument in section
- Figure 2 shows the shape of a standing deformation wave along the length of the vibrational velocity transformer
- Fig. 3 shows an enlarged view of a glass position sensor with three permanent magnets.
- An ultrasonic tool for impact processing of surfaces of parts contains (Fig. 1) a housing 1 with a handle 2, which is mounted on the housing with a bracket 3.
- a sealed cup 5 is installed through the slide rails 4.
- the cup 5 has a reciprocating movement, which limited by a pin 7 fixed on the back cover 6 of the glass, which enters the longitudinal groove of the bracket 3.
- On the front cover 8 of the glass 5 there is a head 9 with movable impact elements 10 made of high strength material and.
- the head 9 is fixed relative to the glass 5 with the possibility of quick removal due to the ball 1 1, which is preloaded by an annular spring and enters the hole on the cylindrical part of the head 9.
- One of the plates 15 made integrally with a transformer of vibrational velocity 16, in which a system of holes 17 is made, sealed relative to the internal cavity of the glass 5 and connected between each other in the region of the input end of the vibrational transformer with the possibility of water flowing through the channels 18.
- One of the holes in the speed transformer 16 is made through its axis through from its output working end almost to the input end, which is made as close as possible to the nodal point of the ultrasonic wave deformation, established along the length of the transformer of vibrational velocity.
- the output working end of the vibrational transformer 16, which interacts with the moving shock elements 10 of the head 9, is made in the form of a lining 19 made of carbide material with a high impact strength, tightly pressed to the transformer of the vibrational speed.
- the thickness of the lining 19 is significantly less than a quarter of the deformation wavelength established along the length of the ultrasonic vibratory drive.
- Slotted ring the gap between the cup 5 and the heat exchange surface of the speed transformer 16, as an option, can be filled with an elastic thermally conductive compound 20 or have an elastically mounted corrugated cut along the sleeve of a material with high thermally conductive characteristics.
- the pin 7 is pressed against the front edge of the longitudinal groove of the bracket 3 using a spring 21.
- a temperature sensor 22 is mounted in the glass 5 on the vibrating actuator 22.
- the position sensor of the glass 5 relative to the housing 1 contains a microswitch 23, with a movable permanent magnet in contact with the elastic element 24.
- the magnet 24 is movably placed in the hole of the bracket 25, on which the microswitch 23 is also located.
- the bracket 25 is fixed motionless in the glass 5.
- Two more permanent magnets 26 and 27 are fixedly mounted in the housing 1. When the cup 5 is positioned, the magnet 26 is opposite the movable magnet 24 in the cup 5 and faces the pole of the same name, and the magnet 27 is installed along the cup 5 and deployed to the magnet 24 with the opposite pole.
- Ultrasonic instrument works as follows. The diver operator is immersed in water to the depth of the location of the impact processing. Water fills the system of holes 10 in the vibrational transformer 16 of the ultrasonic vibratory drive. Due to the non-magnetic properties of the material of the glass 5, the magnet 24 interacts with the magnet 26 on the housing, which leads to their mutual repulsion. As a result, the movable magnet 24 presses the elastic element of the microswitch and keeps it turned off. Holding the tool by the handle 2 and the vibration-proof coating of the housing 1, the operator-diver presses the shock elements 10 to the work surface, compressing the spring 21.
- the magnet 24 leaves the zone of influence of the magnet 26 and, under the action of the elastic element of the microswitch 23, leaves and turns it on.
- Magnet 27, attracting a magnet 24, provides a guaranteed displacement of the magnet 24 and the operation of the micro switch.
- a high frequency electrical signal is turned on.
- the vibratory drive begins to oscillate with a resonant frequency.
- a standing wave of elastic deformation with nodes and antinodes is established along the length of the drive. Due to the presence of vibrational speed 16 in the transformer’s drive, its output carbide end starts to oscillate with increased amplitude and excites vibrations of the impact elements 10, which leads to impact plastic processing of the surface of a metal underwater structure or weld.
- the water in the system of holes 17 is gradually heated and transfers its heat to the surrounding water.
- the body of the transformer of vibrational speed is cooled.
- one of the holes in the system of holes 17 is made along the axis of the vibrational velocity transformer through through from its output working end almost to the input end, which is made as close as possible to the nodal point of the ultrasonic deformation wave , established along the length of the transformer of vibrational speed.
- the holes 18 will be near the antinode zone with a maximum amplitude of oscillations, and the outputs of the system of holes 17 will be located near the zone of the nodal point of the standing deformation wave with a minimum amplitude of oscillations.
- a pressure differential is formed between these zones, i.e. an acoustic pump is formed, which forcibly pumps water through the system of holes 17 and provides effective cooling of the vibratory drive. If you additionally fill the annular gap between the sealed cup 5 and the ultrasonic vibratory reciprocating drive with an elastic thermoconductive compound 20 or elasticly install a corrugated sleeve made of a material with high thermoconductive characteristics elastically in this gap, additional cooling of the drive will be provided.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ультразвуковой ударной обработке деталей, расположенных под водой. Инструмент содержит корпус, в котором установлен герметичный стакан из немагнитного материала, выполненный с возможностью движения вдоль корпуса, головку с ударными элементами, размещенную на торце стакана, ультразвуковой вибрационный привод и датчик положения стакана относительно корпуса. Ультразвуковой вибрационный привод образован пьезоэлектрическим преобразователем с частотопонижающими накладками. Одна из накладок выполнена за одно целое с трансформатором колебательной скорости, имеет входной и выходной рабочие торцы. Выходной рабочий торец накладки взаимодействует с ударными элементами. В трансформаторе колебательной скорости выполнены отверстия, герметизированные относительно внутренней полости стакана и соединенные между собой в области его выходного торца с возможностью затекания в них воды. Датчик положения стакана выполнен из трех постоянных магнитов. Один из магнитов установлен с возможностью взаимодействия с упругим элементом переключателя датчика, а два других - размещены в корпусе.
Description
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей
Область изобретения
Изобретение относится к области машиностроения, кораблестроения, строительства и обслуживания нефте- газодобывающих платформ, создания искусственных островов и взлетно-посадочных полос, построенных на воде, а именно к финишной обработке поверхностей металлических изделий и сварных соединений, которые подвергаются значительной знакопеременной нагрузке.
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 широкое распространение получили методы поверхностной обработки с помощью пластической деформации, такие как обработка шариками, роликами, виброобработка 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. При этом потребность в ультразвуковой ударной обработке возникает как в конструкциях, находящихся на
поверхности земли, так и в конструкциях, расположенных под водой. В свою очередь, производительность и качество процесса ультразвуковой обработки, удобство в работе в значительной степени зависят от конструкции ультразвукового инструмента.
Предпосылки создания инструмента
Уровень техники включает ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений (Патент Украины 68264, МПК В24В 39/00, В06В 1/06, 2007), содержащий корпус, в котором на направляющие скольжения с возможностью осевого возвратно-поступательного движения установлен металлический стакан, в котором через виброизоляционное уплотнения установлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с трансформатором колебательной скорости, и датчики осевого возвратно-поступательного движения и температуры, соответственно стаканом в корпусе размещен Баллон 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, который нагревается при работе, находится в металлическом стакане и только малой внешней поверхностью отдает тепло за счет конвекции атмосферного воздуха.
Нагретая державка с подвижными бойками также не принудительного охлаждения и охлаждается только за счет малоэффективной естественной конвекции воздуха. Пыль, элементы загрязнения и металлическая стружка, покрывающих обрабатываемую поверхность при ударной обработке, во-первых мешают осмотреть места обработки, а во-вторых, попадая в державки, препятствующих ударном режима работы инструмента. Этот ультразвуковой инструмент не герметичен и может работать только в воздухе. Отсутствие принудительного воздушного охлаждения возможно и позволит сделать инструмент герметичным и применить его при ударной обработке под водой, но отсутствие контакта поверхности ультразвукового привода с охлаждающей водой и наличие только конвективного теплообмена приведут к быстрому перегреву инструмента и необходимости частого отключения инструмента для постепенного охлаждения, что существенно уменьшит производительность процесса обработки. Поэтому, этот инструмент не может применить в случае необходимости ударной обработки металлических поверхностей, находящихся под водой.
Уровень техники также включает ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей (Патент Украины Ν2 87006, МПК В24В 39/00, В06В 1/06, В24В 1/04 2009), содержащий 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 стакану с кольцевым щелевым зазором и акустически назад размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений с развитой теплообменной поверхностью, образованный пьезоэлектрическим преобразователем с частотоснижевающими 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 теплообменной поверхности и к рабочему торцу, который взаимодействует с подвижными ударными элементами головки и выполнен твердосплавным, причем стакан установлен в корпусе с возможностью упругого давления ударных элементов к обрабатываемой поверхности, а температура теплообменной поверхности и положения стакану относительно корпуса контролируются датчиками.
Такой инструмент уже имеет более эффективную систему принудительного воздушного охлаждения. Поверхность поводу выполнена развитой за счет дополнительных ребер, имеющих высоту меньше кольцевой щелевой зазор между стаканом и вибрационным приводом. Но выполнение подобных продольных ребер является нетехнологическим на детали, имеет цилиндрическую форму 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 направлении обрабатываемой поверхности обеспечивает сдул загрязнений из
ударных элементов и обрабатываемой поверхности. Но применение подобной системы охлаждения не позволяет сделать ультразвуковой пьезоэлектрический привод герметичным и применить инструмент для ударной обработки поверхностей под водой. Кроме того, воздух, будет интенсивно выходить из отверстий головки будет препятствовать оператору наблюдать процесс и качество обработки. Погружение такого инструмента в воду приведет к необходимости повышения давления воздуха системы охлаждения, что снизит экономичность инструмента и процесса ударной обработки. В случае аварийного отключения сжатого воздуха ультразвуковой привод в таком инструменте будет залит водой и выйдет из строя.
Рабочий торец трансформатора колебательной скорости в этом инструменте выполнен твердым высокопрочным. Это обеспечивает качественный упругий отскок подвижных ударных элементов от вибрирующего торца.
Заявка Украины на изобретение Ν° а 2010 14360 от 30.11.2010, МГЖ (2006) В24В39/00, В06В 1/06) со свойствами преамбулы пункта 1 формулы изобретения раскрывает устройство ультразвукового инструмента для ударной обработки поверхностей деталей. В этом инструменте выполнение выходного торца трансформатора колебательной скорости твердосплавным обеспечивает эффективную и длительную работу инструмента.
Удобное виброизоляционное покрытие корпуса и рукоятки делает инструмент безопасным и эргономичным при эксплуатации.
Этот ультразвуковой инструмент имеет эффективную принудительную воздушную систему охлаждения с развитой теплообменной поверхностью на вибрационном приводе.
Но, как и в предыдущем случае, эта система охлаждения делает
пьезоэлектрический преобразователь не герметичным и, как следствие, невозможным применение ультразвукового инструмента под водой.
Данный заявитель сконструировал и воплотил это изобретение для преодоления недостатков дальнейших преимуществ.
Изложение сущности изобретения
Изобретение предоставлено и охарактеризовано в основной формуле. Цель изобретения - усовершенствование известного ультразвукового инструмента для ударной обработки поверхностей деталей путем расширения его функциональных возможностей для осуществления ударной обработки поверхностей деталей под водой.
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей согласно изобретению 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, зафиксированная относительно стакана с возможностью быстрого съема, на другом торце размещен подвод электрического кабеля генератора ультразвуковых колебаний, а в середине стакана с кольцевым щелевым зазором и акустически назад размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений, образованный пьезоэлектрическим преобразователем с частотопонижающими накладками, одна из которых выполнена как одно целое с трансформатором колебательной скорости, имеет входной и выходной рабочие торцы, причем выходной рабочий торец
взаимодействует со подвижными ударными элементами головки и выполнен твердосплавным, стакан установлен в корпусе с возможностью упругого прижима ударных элементов к обрабатываемой поверхности, а температура теплообменной поверхности и положение стакана относительно корпуса контролируются датчиками, стакан, в котором размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений, выполнен герметичным из немагнитного материала, в трансформаторе колебательной скорости выполнены отверстия, герметизированные относительно внутренней полости стакана и соединены между собой в области входного торца трансформатора колебательной скорости с возможностью затекания в них воды, датчик положения стакана относительно корпуса с рукояткой выполнен в виде трех постоянных магнитов, один из которых размещен в герметичном немагнитном стакане подвижно с возможностью взаимодействия с упругим элементом переключателя, а два других размещены неподвижно в корпусе, причем один из них в нерабочем исходном положении стакана находится напротив магнита в стакане и развернут к нему одноименным полюсом, а второй установлен по ходу стакана и развернут к магниту в стакане разноименным полюсом.
Как вариант, одно из отверстий в трансформаторе колебательной скорости может быть выполнено вдоль оси трансформатора колебательной скорости сквозным от его выходного рабочего торца почти до входного торца, который выполнен максимально приближенным к узловой точке ультразвуковой волны деформации, установившейся по длине трансформатора колебательной скорости. Кроме того, кольцевой щелевой зазор между герметичным стаканом
и ультразвуковым вибрационным приводом возвратно- поступательных перемещений может быть заполнен эластичным термопроводящим компаундом.
Кроме того, в кольцевом щелевом зазоре между герметичным стаканом и ультразвуковым вибрационным приводом возвратно- поступательных перемещений может быть упруго установлена гофрированная разрезанная вдоль втулка из материала с высокими термопроводящими характеристиками .
Усовершенствование известного инструмента путем расширения его функциональных возможностей для осуществления ударной обработки под водой достигается за счет выполнения стакана, в котором размещается ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений, герметичным из немагнитного материала, выполнения принудительного охлаждения гидравлическим за счет выполнения в трансформаторе колебательной скорости системы отверстий, герметизированных относительно внутренней полости стакана и соединенных между собой в области входного торца трансформатора колебательной скорости с возможностью затекания в них воды. Это позволяет осуществить теплообменный контакт холодной воды с нагретым трансформатором колебательной скорости и обеспечить его охлаждение во время работы под водой. Дополнительно для интенсификации охлаждения предусмотрена возможность осуществления принудительного движения жидкости по системе отверстий в трансформаторе скорости. Для этого в теле трансформатора скорости организован акустический насос, реализованный за счет того, что одно из отверстий в трансформаторе выполнено вдоль оси трансформатора скорости несквозным от его выходного рабочего торца почти до
входного торца, который выполнен максимально' приближенным к узловой точке ультразвуковой волны деформации, установившейся по длине трансформатора колебательной скорости. Жидкость будет двигаться по каналам за счет перепада давлений в стоячей акустической волне. При этом будет интенсивно отбираться тепло от трансформатора колебательной скорости.
Выполнение стакана из немагнитного материала позволит применить магнитную систему контроля положения герметичного стакана относительно корпуса. При этом, размещенный в стакане, вибрационный привод будет автоматически включаться и выключаться в требуемом положении относительно корпуса. Применение трех постоянных магнитов позволит обеспечить высокую надежность работы переключателя, поскольку упругий элемент переключателя будет принудительно перемещаться подвижным магнитом под влиянием двух неподвижных магнитов, обращенных к нему разными полюсами и расположенных на корпусе инструмента.
Дополнительное повышение интенсивности охлаждения трансформатора скорости достигается за счет заполнения кольцевой щели между герметичным стаканом и ультразвуковым вибрационным приводом возвратно-поступательных перемещений эластичным термопроводящим компаундом. Это обеспечит дополнительный отбор тепла от трансформатора скорости и передачу его в стакан, который омывается холодной водой. Вместо эластичного компаунда с этой же целью может быть применена гофрированная разрезанная вдоль втулка из материала с высокими термопроводящими характеристиками .
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 материал, где:
Фиг.1 показывает предложенный ультразвуковой инструмент в разрезе;
Фиг.2 показывает форму стоячей волны деформации по длине трансформатора колебательной скорости;
Фиг.З показывает увеличенный вид датчика положения стакана с тремя постоянными магнитами.
Детальное описание предпочтительного варианта
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей содержит (фиг.1) корпус 1 с рукояткой 2, которая закреплена на корпусе с помощью кронштейна 3. В корпусе 1 через направляющие скольжения 4 установлен герметичный стакан 5. Стакан 5 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения, которое ограничено зафиксированным на задней крышке 6 стакана штифтом 7, входящим в продольный паз кронштейна 3. На передней крышке 8 стакана 5 размещена головка 9 с подвижными ударными элементами 10, выполненными из материала высокой прочности. Головка 9 зафиксирована относительно стакана 5 с возможностью быстрого съема за счет шарика 1 1 , который поджат кольцевой пружиной и входит в лунку на цилиндрической части головки 9. В заднюю крышку 6 стакана 5
герметически введен электрический кабель 12 генератора ультразвуковых колебаний (на рисунке условно не показан). В середине стакана 5 с кольцевым щелевым зазором и акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений с теплообменной поверхностью. Акустическая развязка достигается за счет крепления привода в стакане 5 узловым сечением стоячей волны деформации (фиг.2) через акустически непрозрачное уплотнени 13. Ультразвуковой вибрационный привод образован пьезоэлектрическим преобразователем, в состав которого входят пьезокерамические кольца 14 и две частотопонижающие накладки 15. Одна из накладок 15 выполнена как одно целое с трансформатором колебательной скорости 16, в котором выполнена система отверстий 17, герметизированных относительно внутренней полости стакана 5 и соединенных между собой в области входного торца трансформатора колебательной скорости с возможностью затекания в них воды через каналы 18. Одно из отверстий в трансформаторе скорости 16 выполнено вдоль его оси несквозным от его выходного рабочего торца почти до входного торца, который выполнен максимально приближенным к узловой точке ультразвуковой волны деформации, установившейся по длине трансформатора колебательной скорости. Выходной рабочий торец трансформатора колебательной скорости 16, который взаимодействует с подвижными ударными элементами 10 головки 9 выполнен в виде, плотно прижатой к трансформатору колебательной скорости, накладки 19 из твердосплавного с высокой ударной вязкостью материала. Толщина накладки 19 значительно меньше четверти длины волны деформации, устанавливающейся по длине ультразвукового вибрационного привода. Щелевой кольцевой
зазор между стаканом 5 и теплообменной поверхности трансформатора скорости 16, как вариант, может быть заполнен эластичным термопроводящим компаундом 20 или иметь упруго установленную гофрированную разрезанную вдоль втулку из материала с высокими термопроводящими характеристиками. Штифт 7 поджат к передней кромке продольного паза кронштейна 3 с помощью пружины 21. В стакане 5 на вибрационном приводе установлен датчик температуры 22. Датчик положения стакана 5 относительно корпуса 1 (фиг.З) содержит микропереключатель 23, с упругим элементом которого контактирует подвижный постоянный магнит 24. Магнит 24 подвижно размещен в отверстии кронштейна 25, на котором размещен и микропереключатель 23. Кронштейн 25 закреплен неподвижно в стакане 5. В корпусе 1 неподвижно установлены еще два постоянных магнита 26 и 27. В нерабочем исходном положении стакана 5 магнит 26 находится напротив подвижного магнита 24 в стакане 5 и обращен к нему одноименным полюсом, а магнит 27 установлен по ходу стакана 5 и развернут к магниту 24 разноименным полюсом.
Ультразвуковой инструмент работает следующим образом. Оператор-водолаз погружается в воду на глубину расположения места ударной обработки. Вода заполняет систему отверстий 10 в трансформаторе колебательной скорости 16 ультразвукового вибрационного привода. Благодаря немагнитным свойствам материала стакана 5 магнит 24 взаимодействует с магнитом 26 на корпусе, что приводит к их взаимному отталкиванию. Вследствие этого подвижный магнит 24 нажимает на упругий элемент микропереключателя и удерживает его выключенным. Держа инструмент за рукоятку 2 и виброизоляционное покрытие корпуса 1 ,
оператор-водолаз прижимает ударные элементы 10 к обрабатываемой поверхности, сжимая пружину 21. При этом магнит 24 выходит из зоны влияния магнита 26 и под действием упругого элемента микропереключателя 23 отходит и включает его. Магнит 27, притягивая к себе магнит 24, обеспечивает гарантированное смещение магнита 24 и срабатывание микропереключателя. Включается высокочастотный электрический сигнал. В результате обратного пьезоэффекта вибрационный привод начинает колебаться с резонансной частотой. По длине привода устанавливается стоячая волна упругой деформации с узлами и пучностями. Благодаря наличию в приводе трансформатора колебательной скорости 16 его выходной твердосплавный торец начинает колебаться с повышенной амплитудой и возбуждает колебания ударных элементов 10, что приводит к ударной пластической обработке поверхности металлической подводной конструкции или сварного шва. Вода в системе отверстий 17 постепенно нагревается и передает свое тепло окружающей воде. Таким образом осуществляется охлаждение тела трансформатора колебательной скорости. Для интенсификации процесса охлаждения необходимо обеспечить непрерывное принудительное движение жидкости через систему отверстий 17. Для этого одно из отверстий системы отверстий 17 выполнено вдоль оси трансформатора колебательной скорости несквозным от его выходного рабочего торца почти до входного торца, который выполнен максимально приближенным к узловой точке ультразвуковой волны деформации, установившейся по длине трансформатора колебательной скорости. В таком случае отверстия 18 будут находиться вблизи зоны пучности с максимальной амплитудой колебаний, а выходы системы отверстий 17 будут
расположены вблизи зоны узловой точки стоячей волны деформации с минимальной амплитудой колебаний. Вследствие этого между указанными зонами образуется перепад давлений, т.е. образуется акустический насос, который принудительно перекачивает воду через систему отверстий 17 и осуществляет эффективное охлаждение вибрационного привода. Если дополнительно заполнить кольцевой щелевой зазор между герметичным стаканом 5 и ультразвуковым вибрационным приводом возвратно-поступательных перемещений эластичным термопроводящим компаундом 20 или упруго установить в этот зазор гофрированную разрезанную вдоль втулку из материала с высокими термопроводящими характеристиками, будет обеспечено дополнительное охлаждение привода.
Таким образом, мы получим полностью герметичный и поэтому безопасный ультразвуковой ударный инструмент с надежной системой включения-выключения и эффективной системой охлаждения, которая позволит оператору-водолазу осуществлять эффективную и качественную долговременную ударную обработку поверхностей деталей без потерь времени на периодическое вынужденное охлаждение инструмента.
Claims
1. Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей под водой, содержащий 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, зафиксированная относительно стакана с возможностью быстрого съема, на другом торце размещен подвод электрического кабеля генератора ультразвуковых колебаний, а в середине стакана с кольцевым щелевым зазором и акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений, образованный пьезоэлектрическим преобразователем с частотопонижающими накладками, одна из которых выполнена как одно целое с трансформатором колебательной скорости, имеет входной и выходной рабочие торцы, причем выходной рабочий торец взаимодействует с подвижными ударными элементами головки и выполнен твердосплавным, стакан установлен в корпусе с возможностью упругого поддавливания ударных элементов к обрабатываемой поверхности, а температура теплообменной поверхности и положение стакана относительно корпуса контролируются датчиками, отличающийся тем, что стакан, в котором размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно- поступательных перемещений, выполнен герметичным из немагнитного материала, в трансформаторе колебательной скорости выполнены отверстия, герметизированные относительно внутренней полости стакана и соединены между собой в области входного торца
трансформатора колебательной скорости с возможностью затекания в них воды, датчик положения стакана относительно корпуса с рукояткой выполнен в виде трех постоянных магнитов, один из которых подвижно установлен в герметичном немагнитном стакане с возможностью взаимодействия с упругим элементом переключателя, а два других размещены неподвижно в корпусе, причем один из них в исходном нерабочем положении стакана находится напротив магнита в стакане и повернут к нему одноименным полюсом, а второй установлен по ходу перемещения стакана и развернут к магниту в стакане разноименным полюсом.
2. Ультразвуковой инструмент по п.1, отличающийся тем, что одно из отверстий в трансформаторе колебательной скорости выполнено вдоль оси трансформатора колебательной скорости несквозным от его выходного рабочего торца почти до входного торца, который выполнен максимально приближенным к узловой точке ультразвуковой волны деформации, которая установилась по длине трансформатора колебательной скорости.
3. Ультразвуковой инструмент по п.1 и п.2, отличающийся тем, что кольцевой щелевой зазор между герметичным стаканом и ультразвуковым вибрационным приводом возвратно-поступательных перемещений заполнен эластичным термопроводящим компаундом.
4. Ультразвуковой инструмент по п.1 и п.2, отличающийся тем, что в кольцевом щелевом зазоре между герметичным стаканом и ультразвуковым вибрационным приводом возвратно-поступательных перемещений упруго установлена гофрированная разрезанная вдоль втулка из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201210123 | 2012-08-23 | ||
| UAA201210123A UA105413C2 (ru) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014031088A1 true WO2014031088A1 (ru) | 2014-02-27 |
Family
ID=50150251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2013/000001 WO2014031088A1 (ru) | 2012-08-23 | 2013-01-11 | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA105413C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014031088A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106807615A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-09 | 清华大学 | 磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器 |
| CN108372558A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-07 | 武汉理工大学 | 一种高速的旋转超声刀柄结构及其系统 |
| CN109724571A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-05-07 | 陕西迈拓克能源科技有限公司 | 一种河流测绘用换能器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA9175U (en) * | 2005-02-09 | 2005-09-15 | Ultrasonic device for strengthening and nano-structurization of the surface of metals | |
| WO2007016919A1 (de) * | 2005-08-09 | 2007-02-15 | Loecker Christian | Verfahren und vorrichtung zur kalten mikroschmiedetechnik von beliebigen 3-d-freiformflächen |
| UA99365C2 (ru) * | 2010-11-30 | 2012-08-10 | Клейман Якоб Исакович | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
-
2012
- 2012-08-23 UA UAA201210123A patent/UA105413C2/ru unknown
-
2013
- 2013-01-11 WO PCT/UA2013/000001 patent/WO2014031088A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA9175U (en) * | 2005-02-09 | 2005-09-15 | Ultrasonic device for strengthening and nano-structurization of the surface of metals | |
| WO2007016919A1 (de) * | 2005-08-09 | 2007-02-15 | Loecker Christian | Verfahren und vorrichtung zur kalten mikroschmiedetechnik von beliebigen 3-d-freiformflächen |
| UA99365C2 (ru) * | 2010-11-30 | 2012-08-10 | Клейман Якоб Исакович | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106807615A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-09 | 清华大学 | 磁致伸缩纵扭复合超声振动换能器 |
| CN108372558A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-07 | 武汉理工大学 | 一种高速的旋转超声刀柄结构及其系统 |
| CN109724571A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-05-07 | 陕西迈拓克能源科技有限公司 | 一种河流测绘用换能器 |
| CN109724571B (zh) * | 2018-12-18 | 2021-04-06 | 赵杰 | 一种河流测绘用换能器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA105413C2 (ru) | 2014-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3490584A (en) | Method and apparatus for high frequency screening of materials | |
| WO2008150250A1 (fr) | Outil ultrasonique destiné à augmenter la résistance mécanique de métaux et à les traiter par relaxation | |
| RU2540230C2 (ru) | Ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений | |
| TWI669186B (zh) | 用超音波去除構件毛刺的裝置和方法 | |
| JP2005002475A5 (ru) | ||
| CA2601050C (en) | Method of generation of pressure pulsations and apparatus for implementation of this method | |
| WO2014031088A1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей | |
| JP2021510587A (ja) | 結石を破砕するための装置および方法 | |
| EA010225B1 (ru) | Вибрационное устройство | |
| CN107252966B (zh) | 一种超声波金属焊接装置 | |
| US6017398A (en) | Immersed metal cleaning by subjecting object to natural resonant frequency | |
| CA2652647A1 (en) | A device for generating acoustic and/or vibration energy for heat exchanger tubes | |
| WO2012074499A1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей | |
| WO2014168598A1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки поверхностей деталей | |
| RU2250814C1 (ru) | Ультразвуковая колебательная система для размерной обработки | |
| UA9175U (en) | Ultrasonic device for strengthening and nano-structurization of the surface of metals | |
| KR101643736B1 (ko) | 휴대용 표면처리장치 | |
| RU2726495C1 (ru) | Устройство ультразвукового бурения внеземных объектов | |
| UA68264A (en) | Ultrasonic tool for strain hardening and relaxation treatment of metals | |
| RU2259912C1 (ru) | Ультразвуковой виброударный инструмент | |
| RU2252859C1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для снятия остаточных напряжений и упрочнения поверхностей металлов | |
| RU2393953C2 (ru) | Ультразвуковой обрабатывающий инструмент для деформационного упрочнения и релаксационной обработки | |
| UA94051U (uk) | Ультразвуковий ручний інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів | |
| WO2012064310A1 (ru) | Ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений | |
| RU2137587C1 (ru) | Устройство для поверхностного упрочнения деталей "пружина" |
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: 13831462 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: 13831462 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |