Инструмент для ультразвуковой обработки

 

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ, содержащий стержень резонансной длины с рабочей частью и аккумулятор энергии колебаний, отличающийс я тем, что, с целью улучшения качества обработки, он снабжен плоской пружиной, размещенной между аккумулятором энергии колебаний и стержнем, и винтом, установленным в аккумуляторе энергии колебаний с возможностью взаимодействия с одним из концов плоской пружины , другой конец которой закреплен в стержне. О) С о

СОЮЗ СОжТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН э(51) В 23 .К 20/10 (21) 3385057/25-27 (22) 25.01.82 (46) 07.05.83. Бюл. Р 17 (72) A.И. Григорьев, A.Ã. Крючок, В.Г. Крючок и И.П. Янович (71) Белорусский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии (53) 621 .791 .16 .037(088 .8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 623622, кл, В 23 К 20/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2945152/25-27, кл. В 23 К 20/10, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2825498/25-27, кл. В 23 К 20/10, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3213724/25-27, кл. В 23 К 20/10, 1980 (прототип).

„.,Я0„„1016117 А (54) (57) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОА ОБРАБОТКИ, содержащий стержень резонансной длины с рабочей частью и аккумулятор энергии колебаний, отличающийс я тем, что, с целью улучшения качества обработки, он снабжен плоской пружиной, размещенной между аккумулятором энергии колебаний и стержнем, и винтом, установленным в аккумуляторе энергии колебаний с возможностью вэаимодей" ствия с одним иэ концов плоской пружины, другой конец которой закреплен в стержне.

1016117

Изобретение относится к обработке материалов с ультразвуком, в частности к инструменту для ультразвуковой обработки, и может найти применение в сварочном производстве в области микроэлектроники, преимущественно при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен инструмент для ультразвуковой обработки, выполненный в виде стержня резонансной длины, ус- 10 тановленного в стакан f1 .

Однако в этом инструменте рабочий торец жестко связан с телом инструмента и колеблется вместе .с ним на . одной частоте и при одинаковой ампли- 5 туде колебаний, что не позволяет производить варьирование параметров инструмента и настраивать колебательную систему в требуемый режим.

Известен инструмент для ультразвуковой обработки, который снабжен регулировочным винтом с возможностью контактирования при увеличении коле-, баний с волноводом (2 .

В данном инструменте винт выполняет роль гасителя амплитуды колебаний и не может изменять упругости колебаний инструмента, что является его недостатком, Известен также инструмент для ультразвуковой обработки, выполненный в виде, стержня резонансной длины и снабженный со стороны не-. рабочего конца трансформатором колебаний, выполненным в виде кольца, длина окружности которого кратна дли-35 не волн колебаний, распространяющихся в инструменте (33 .

Недостатком известного инструмента является то, что он не обеспечивает достаточной воспроизводимости 40 качества обработки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является инструмент для ультразвуковой обработки, содержащий стержень резонансной дли- 45 ны с рабочей частью и аккумулятор энергии колебаний 543 .

Недостатком данного инструмента является низкое качество обработки.

Цель изобретения — улучшение ка чества обработки.

Поставленная цель достигается тем, что инструмент для ультразвуковой обработки, содержащий стержень 55 резонансной длины с рабочей частью и аккумулятор энергии колебаний, .снабжен плоской пружиной, размещен- „ ной между аккумулятором энергии колебаний и стержнем, и винтом, уста- 60 новяенным в аккумуляторе энергии колебаний с возможностЬЮ ВэаимОДействия с одним из концов плоской пружины, другой конец которой закреплен в стержне. 65

На чертеже представлен инструмент для ультразвуковой обработки материалов.

Инструмент содержит стержень 1 резонансной длины с рабочей частью 2 в виде режущего лезвия, аккумулятор энергии колебаний в виде дополнительной массы 3 и упругой перемычки 4, соединяющей массу 3 со стержнем 1 в пучности его колебаний, регулятор упругости перемычки 4, выполненный в виде винта 5, установленного в дополнительной массе 3 и упругого элемента в виде С-образной пружины 6, установленной между торцом винта 5 и стержнем 1 в узловой зоне колебаний последнего.

Инструмент работает следующим образом.

Ультразвуковые колебания от преобразователя 7 через волновод-кон" центратор 8 передаются на рабочую часть 2 стержня 1 и через упругую перемычку 4 на дополнительную массу 3.

В процессе обработки (резки) материал 9, таким образом, находится под воздействием ультразвуковых колебаний рабочей части 2 и колебаний низкой частоты, возбуждаемых перемещениями массы 3 относительно положения равновесия, колебания которой происходят под воздействием ультразвуковых колебаний стержня 1 резонансной длины и передаются об,ратно на рабочую часть 2 через упругую перемычку.

Процесс обработки с дополнитель ным вводом колебаний низкочастотного спектра обеспечивает миграцию узлов и пучностей колебаний режущего лезвия, что устраняет застой материала в узловых зонах и тем самым интенсифицирует процесс обработки. В общем случае в процессе работы инструмент испытывает переменные сопротивления нагрузке со стороны обрабатываемого объекта. При значительных усилиях нагружения может происходить ,полное или частичное гашение амплиту,ды ультразвуковых колебаний, В рассматриваемом .же случае дополнительная масса с упругой связью выполняет роль аккумулятора энергии колебаний ультразвуковой частоты с последующей передачей ее обратно на рабочую часть инструмента в виде низкочастотного спектра. Этим объясняется подача в зону обработки дополнитель ного колебательного импульса, что обеспечивает устойчивость процесса ультразвуковой. обработки без изменения энергосиловых параметров извне.

Дополнительный импульс передается периодически по мере аккумулирования .(накопления) энергии в колебательной системе.

Для упрощения представления пере,дачи дополнительных колебаний рас1016»7, 4

10 с) 4 d щ — +Г + Х1 =0, dt dt

25

Составитель В. Катин

ТехрЕд: О,Легеза - Корректор М. Демчик

Редактор A. Гулько

Заказ 3283/14 Тираж 1106 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сматривают каждый импульс как затухающие колебания системы (реальная система) . Свойства реальной системы определяются тремя .параметрами: массой, упругостью и коэффициентом трения (или затухания), характеризующих 5 потери в среде.

Для эатухакиаих колебаний уравнение движения систем можно записать в виде где rn -. массау смещение массы; - упругость системы; — сопротивление среды.

Как показывает практика, реализация акустической системы по расчетным величинам требует значительной подгонки элементов системы в каждом конкретном случае. Поэтому для упрощения расчетной части рассматривают систему колебаний консервативную, т.е пренебрегая потерямя на сопротивление.

Для передачи колебаний массы иа рабочее тело стержня резонансной длины упругость перемычки должна быть меньше упругости стержня инструмента. 30

Задаваясь одним из параметров системы, всегда можно определить другой параметр для обеспечения условий передачи колебаний от аккумулятора на рабочую часть инструмента..

Поскольку в любом случае конкрет. ного выполнения инструмента по расчетным величинам требуется подгонка ,его характеристик, — то в предлагае;мой конструкции предусмотрена воэможность регулирования упругости перемычки путем изменения ее напряженного состояния, что позволяет компенсировать упрощенные допущения при расчете и настраивать систему коле,баний в требуемый режим.

S лабораторных условиях проводят сравнительные испытания предлагаемого инструмента при ультразвуковой резке на частоте. 20 кГц слоистых материалов — стеклотестолита и гетинакса в ниде пластин толщиной 3 мм, Мсианость генератора ультразвуковых ко)тебаний 2,5 кВт.

Инструмент изготавливают из стали Х12М (HPC 60-62) резонансной длины 80 мм. Сечение — треугольник е основанием 10 мм и высотой 20 мм. .Питание преобразователя ПМС-7A осу-. ществляют от генератора 43Г-10У.

Упругую перемычку изготавливают сечением 10.1 мм, присоединенн я масса 70 r.

Использование предлагаЕмого инст" румента снижает рабочие усилия примерно на 30% по сравнению с прототипом и при этом уменьшается величина дефекта по срезу. Преимущество инструмента заключается еще и в тсм, что в процессе обработки отсутствуют пережоги обрабатываемого материала.