Ультразвуковой многобойковый инструмент

 

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МНОГОБОЙКОВЫЙ ИНСТРУМЕНТ по авт.св.№601143, отличающийся тем, что, с целью интенсификации обработки, стержни охватывающие центральный, выполнены полыми и установлены коаксиально один в другом 2.Инструмент по п.1, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, стержни выполнены с поперечным сечением в форме многоугольника. 3.Инструмент по nn.l и 2, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, по меньшей мере, один стержень выполнен высотой, не равной высоте остальных стержней. 4.Инструмент по пп.1-3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один стержень выполнен толилиной, не равной толпщне остальных стержней. 5.Инструмент по пп.1-4, отличающийся тем, что рабоО ) чая поверхность стержня и набора стержней выполнена сферической.

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН, SU„, 10й74 2 зав В 24 В 39 04

ГОСУДАРСТБЕНН Й HOuymr СССР . ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЭИЬЛИО "KRk (61) 601143 (21) 3550862/25-27 (22) 29.12.82 (46) 1 5.06.84. Бюл. -22 (72) А.Г. Сучков и Б.Л. Неверов (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина (53) 621.7.024(088.8) (56) 1; Авторское свидетельство СССР

1@601143, кл. В 24 В 39/04, 12.04.76 (прототип). (54)(57) 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МНОГОБОЙКОВЫЙ ИНСТРУМЕНТ по авт.св.1601143, отличающийся тем, что, с целью интенсификации обработки, стержни, охватывающие центральный, выполнены полыми и установлены коаксиально один в другом.

2. Инструмент по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, стержни выполнены с поперечным сечением в форме многоугольника.

3. Инструмент по пп.1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, по меньшей мере, один стержень выполнен высотой, не равной высоте остальных стержней.

4. Инструмент по пп.1-3, о тл и ч а ю шийся тем, что, по меньшей мере, один стержень выполнен толщиной, не равной толщине остальных стержней.

5. Инструмент по пп.1-4, о тл и ч а ю шийся тем, что рабочая поверхность стержнй и набора стержней выполнена сферической.

Изобретение относится к технологическому использованию ультразвука, в частности, к устройствам для деформационной обработки поверхности металлических изделий и может быть применено в машиностроении, судостроении и в других отраслях народного хозяйства, например для повышения надежности сварных изделий путем упрочнения шва и околошовной зоны и уменьшения остаточных сварных напряжений.

По основному авт.св. N -601143 известен ультразвуковой многобойковый инструмент, йключающий последовательно расположенные на одной оси и акустически соединенные между собой электромеханический преобразователь, волновод и набор однотипных бойков, бойки выполнены в виде монолитных цилиндрических стержней с постоянным по их высоте поперечным сечением, установленных в произвольном порядке с возможностью возвратно-поступательного движения в полости цилиндрической обоймы, охватывающей боковую поверхность волновода со стороны его излучающего тор ца. Б этом устройстве бойки изготовлены из магнитного материала, а их акустический контакт с излучающим торцом волновода в процессе работы устройства осуществляется посредством электромагнита, размещенного в полости, образованной внешней поверхностью волновода со стороны его излучающего торца и внутренней поверхностью полой обоймы, установленной в стаканообразной направляющей, соединенной с боковой поверхностью волновода в его узловой плоскости 1 j.

Недостатком известного устройства являются невысокие производительность и качество, обусловленные выполнением бойков в устройстве с постоянным поперечным сечением, что позволяет

45 добиться более плотной их упаковки в наборе, но не максимально возможной вследствие цилиндрической формы бойков (плошадь .излучающего торца волновода больше суммарной площади торцов бойков).

Кроме того, устройство ограничено .в технологических возможностях, поскольку с его помощью невозможно обрабатывать поверхности в форме тел вра- 55 щения (шарообразные и сферообразные выступы или углубления, торцы цилиндрических ступенчатых изделий и т.п.}

1097482 из-за конструкции и размеров бойков не представляется возможность их ремонта после некоторой выработки (формоизменения) поверхности рабочих торцов.

Цель изс@ретения — интенсификация обработки и расширение технологических возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом многобойковом инструменте стержни, охватывающие центральный, выполнены полыми и установлены коаксиально один в другом.

Расширение технологических возможностей устройства достигается тем, что стержни выполнены с поперечным сечением в форме многоугольника.

Причем, по меньшей мере, один из стержней выполнен с высотой, не равной высоте остальных стержней и/или с толщиной неравной толщине остальных стержней, при этом рабочая поверхность стержня и набора стержней выполнена сферической.

На фиг.1 представлен ультразвуковой многобойковый инструмент, вертикальный разрез; на фиг.2 — сечение

А-А на фиг.1; на фиг.3-9 — варианты компановки и выполнения набора бойков; на фиг.10 — вариант выполнения устройства для обработки изделий в потоке.

Ультразвуковой многобойковый инструмент содержит источник ультразвуковых колебаний (фиг.1), состоящий из жестко соединенных между собой электромеханического магнитострикционного преобразователя 1 стержневого типа, изготовленного из сплава

-65 и цилиндрического ступенчатого волновода 2. Волновод с преобразователем соединен торцом своей большей ступени, изготовлен из высокопрочного магнитного материала и выполнен с фланцем 3, расположенным в пучности напряжений ульразвуковой волны, распространяющейся в волноводе. Электромеханический преобразователь 1 снабжен обмоткой возбуждения 4, подключенной к ультразвуковому генератору (не показан), и помещен в полый корпус 5, соединенный с системой циркуляции охладителя (не показана) электромеханического преобразователя, например, технической воды.

Рабочий элемент устройства образован электромагнитом 6, охватывающим боковую поверхность волновода 2,3

1097 со стороны его излучающего торца, т.е. его меньшую ступень; стаканообразной обоймой 7, охватывающей электромагнит, в дне которой выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 8; набором бойков (фиг.2), сос5 тоящим из монолитного центрального бойка 9 в виде цилиндрического стержня, установленного на оси источника ультразвуковых колебаний, и пусто- 1О телых бойков 10 в виде цилиндрических колец, охватывающих центральный боек и последовательно друг друга; и полой втулкой t1, которая установлена в отверстии 8 обоймы 7, изготовле- 15 на из фторопласта, поддерживает электромагнит 6 и фиксирует его положение относительной боковой поверхности меньшей ступени волновода 2.

Бойки 9 и 10 установлены в отверс- о тии 8 стаканообразной обоймы 7, изготовленной из немагнитного материала, т.е. во втулке 11, с возможностью осевого возвратно-поступательного движения относительно излучающего торца волновода. При этом бойки изготовлены из магнитного материала и все имеют цилиндрическое, т.е. идентичное по форме, поперечное сечение, постоянное в своем значении по высоте. 30 бойков, которая превьппает толщину дна стаканообразной обоймы.

Зазор между боковыми поверхностями бойков, необходимый для скольжения их друг относительно друга, в своем максимальном значении не должен превышать 0,1 мм, а в оптимальном варианте должен быть равен 0,01-0,03 мм. оКоличество бойков в наборе определяется видом обрабатываемой поверхности и площадью излучающего торца волновода.

Источник ультразвуковых колебаний, полый корпус 5 и рабочий инструмент посредством фланца 3 волновода 2 и прокладок (на чертеже затушованы) герметично соединены между собой в единое целое.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом его эксплуатации осуществляют сборку рабочего инструмента, т.е. в зависимости от вида обрабатываемой поверхности компануют бойки 9 и 10 в единый набор, в-данном случае из бойков, имеющих одинаковые высоту и толщину (обработка плоской поверхности), который и устанавливают в полость втулки 11, включая при этом

4 82 4 электромагнит 6. Под воздействием магнитного поля, возникающего. в электромагните при подаче на его обмотку постоянного тока., бойки 9 и 10 притягиваатся к излучающему торцу волновода 2, выполняющего функцию сердечника электромагнита. Сила притяжения бойков выбирается в зависимости от их массы и составляет около 10-20 Н, что при площади излучающего торца волновода в 314 мм является достаточным для

2 обеспечения надежного акустического контакта между волноводом и бойками и для удержания бойков в полости втулки 11. После сборки рабочего инструмента в полый корпус 5 с помощью системы циркуляции подают техническую воду для охлаждения электромеханического преобразователя 1, создавая тем самым для него оптимальный тепловой режим работы. Затем обработку возбуждения

4 электромеханического преобразователя подключают к ультразвуковому генератору, например, к УЗГ-2-10, и, включая его, обеспечивают готовность устройства к работе.

Переменное напряжение резонансной частоты, например, в 19,5 кГц, поступая с ультразвукового генератора на обмотку возбуждения 4 электромеханического преобразователя 1, создает магнитное поле, под воздействием которого электромеханический преобразова- тель возбуждается и начинает совершать колебания с ультразвуковой частотой вдоль своей продольной оси. Эти колебания передаются волноводу 2, а от него — бойкам 9 и 10, в результате чего они также начинают совершать колебания указанной частоты с амплитудой в 15-20 мкм, перемещаясь возвратно-поступательно относительно излучающего торца волновода в отверстии дна стаканообразной обоймы 7, т.е. в полости втулки 11, предохраняющей бойки от соударения со стенкой отверстия

8. Причем вследствие того что боковые поверхности бойков контактируют между собой, перекос бойков пол,ностью исключается,и каждый из них перемещается вдоль оси устройства строго перпендикулярно к поверхности излучающего торца волновода.

После сообщения бойкам 9 и 10 колебаний ультразвуковой частоты их рабочие торцы, выступающие из стаканообразной обоймы, вводят в контакт с поверхностью обрабатывае1097482 мого изделия, например, с около- шовной зоной сварного соединения.

В процессе работы устройства. т.е. при его перемещении по обрабатываемому изделию, энергия удара каждого бойка, полученная им от источника ультразвуковых колебаний и значительно превышающая силу притяжения, развиваемую электромагнитом 6, расходуется на деформирование обраба- 10 тываемой поверхности и его упругий отскок.

После окончания обработки изделия выключают ультразвуковой генео ратор, прекращают подачу охладите- 15 ля в полый корпус 5 и постоянного тока на обмотку электромагнита 6.

Предлагаемое устройство (фиг.1), может быть использовано и для обработки основания цилиндрического уг- 20 лубления в изделии, можно отнести выполнение бойков с поперечным сечением в форме многоугольника (фиг.З и 4), что позволяет расширить сортамент обрабатываемых углублений 25 по форме их оснований. При этом следует отметить, что в данном случае отверстие 8 в стаканообразной обойме

7 как и во втулке 11 выполняется с аналогичной формой, причем излучаю-З0 щий торец волновода также может иметь эту форму, т.е. форму многоугольника.

Выполнение же бойков, по меньшей мере одного из них с высотой,не равной высоте остальных бойков и/или с толщиной не равной толщине остальных бойков (фиг.5-7) обеспечивает предлагаемому устройству возможность обработки широкого круга поверхностей г в форме тела вращения, а при выполнении рабочего торца каждого бойка радиусным иг.8 и 9) и с шарообразной или со сферической поверхностью.

Предложенное устройство по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, позволяет практически всю ультразвуковую энергию передавать в обрабатываемое изделие и за счет этого на 10-157 повысить производительность и качество обработки, обеспечив при этом глубину упроченного слоя в пределах 1,1-1,4 мм, .Кроме того, предлагаемое устройство обладает более широкими технологическими воэможностями, поскольку с его помощью можно обрабатывать шарообразные и сферообразные выступы или углубления, торцы цилиндрических ступенчатых изделий и т.п. наравне с обработкой плоской поверхности (околошовная зона сварного соединения). К тому же форма бойков (кольцо) после некоторой выработки (формоизменения) поверхности их рабочих торцов представляет возможность без использования каких-либо приспособлений, непосредственно, например на шлифовальном станке, "отремонтировать" сразу весь набор бойков, .что совершенно невозможно сделать с набором бойков известного устройства.

1097482

i097482

1097482

P %7ЧР %Р

Составитель М Ласточкина

Редактор К. Волощук Техред И. Метелева Корректор С,Шекмар

Заказ 4113/14 Тираж 737 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4