Инструмент для ультразвуковой сварки

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (5D 4 В 23 К 20 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ ГЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3948063/25-27 (22) 29.08.85 (46) 23.05.87. Sion. и 19 (72) Ю.И.Калинин, Л,А.Чиненков, В.А.Лавров, Ю.В.Панков и Г.М.Гущина (53) 621. 791. 16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 776764, кл. В 23 В 27/16, 1977. (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

СВАРКИ.(57) Изобретение касается ультразву.— ковой сварки. Целью изобретения является повышение долговечности инструмента при соблюдении условий

„„SU„„ А1 резонанса ультразвукового акустического тракта. Инструмент содержит стержень 1 и установленную под углом к его оси вставку (В) 2, которая утоплена в стержень под углом выбио раемым из неравенства 30 и ос 60 а длина В выбрана из соотношения

1 (0,01-0,25)L, где L — длина стержня. Выступающая часть В 2 сопряжена с поверхностями стержня 1 и образует рабочий торец инструмента. На выступающей части В выполнена площадка 3 с продольной канавкой 4, расположенной в одной плоскости с продольной осью направляющего отверстия 5 под проволоку 6. 2 ил.

Vх = Sfõ (1) 1311888

Изобретение относится к области сварки, а именно к оборудованию для ультразвуковой сварки.

Целью изобретения является повышение долговечности инструмента при сохранении резонансных характеристик акустического тракта (генератор, преобразователь, концентратор, инструмент со вставкой) эа счет согласования габаритных размеров вставки с 10 габаритными размерами стержня инструмента и задания новых связей и расположения между ними.

На фиг. 1 показан инструмент, общий вид рабочего торца, на фиг,2 разрез стержня в плоскости оси рабочей части инструмента с износостойкой вставкой.

Инструмент выполнен в виде стержня 1 с износостойкой вставкой 2, 20 утопленной в тело стержня 1. Выступающая часть вставки 2 составляет

0,01-0,02 своего объема и сопряжена с поверхностями рабочего конца стерж25 ня 1 так, что образует рабочии торец инструмента ° На выступающей части вставки 2 выполнена рабочая плоI щадка 3 с продольной канавкой 4, расположенной в одной плоскости с продольной осью направляющего отверстия 5 под проволоку 6. Продольная ось 00, вставки 2 наклонена и пересекается с продольной осью ОО,стержня инструмента под углом М., за0 даваемым неравенством 30 — K — 60, 35

Длина Х вставки 2 равна (О, 01-0, 25)М, где 1, — длина стержня, а поперечный размер Ь вставки 2 выбран из неравенства 1 ) 4Ь.

Вставка 2 создает достаточно четкие границы между материалом стержня 1 и рабочей площадкой 3, препятствует выходу дислокаций в зону сцепления рабочей площадки 3 с прово- 45 локой 6. Наклонное расположение вставки 2 под углом С к оси стержня 1 повышает долговечность инструмента за счет частичной компенсации расшатывающего действия тангенциальных нагрузок на рабочую площадку 3 за счет уменьшения вероятности ее выпадания в расшатанном состоянии под действием собственного веса и сил адгезии ее материала с материалом проволоки 6, а также за счет уменьшения объема неоднородности стержня

Величина объема неоднородности

V определяется выражением. где S — площадь сечения стержня 1;

1„ — высота неоднородности (перпендикулярная S).

Аналогично определяется и расшатывающий момент Мх сил трения (фиг.2) который запишется в виде: 1х Рх 1х °

Величина 1х при наклонном расположении вставки 2 длиной 1 с углом наклона ее оси к оси стержня 1 определяется выражением:

1„= 1 cos М,. (3)

Откуда видно, что и объем V u момент M х будут минимальны, если о - 90 . Разумно ограничить | ц„, условием отсутствия материала вставки 2 в элементах отверстия 5. Это значит, что вставка 2 своей нижней границей должна касаться точки M вершины заходного конуса отверстия 5.

Расчеты показывают, что в этом слуо чае угол MQB = 30 40 и тогда оС,х„ = 90 — 30 40 = 60 (4) Экспериментальные значения для наиболее распространенных типоразмеров микросварочных инструментов показао ли значения с = 50-54 . Подставляя

7 значения сс, = 54 в формулы объема

V и момента М „ и сравнивая их с полыми значениями (М, = О) при тех же значениях 1, получим, что и тот, и другой уменьшили свои значения в 1,7 раза.

Однако в других типоразмерах инст-. румента, например в инструментах для глубоких "колодцев" корпуса монтируемого прибора 7, вполне может оказаться значение оптимального с меньше 60 . Поэтому для определения знао чения с „ следует исходить из того условия, что стенка вставки 2, обращенная к направляющему отверстию 5, должна образовывать подрезающий угол L AQB. Это условие необходимо учитывать,так как, если задать ОС х о

90 — LAQB, то мягкий материал стержня 1 плохо подрезает проволоку на второй сварке и служит проводником для выхода дислокаций и других дефектов в зону проволока 6 — рабочая. площадка 3, 3 !3!!888

Оптимальный подрезающий угол l AQB к о должен равняться 60 . Следовательно, п о. о О

4 мин = 90 — 60 .= 30 °

-Создание естественных границ между вставкой 2 и стержнем 1 предполагает прессовую посадку, прочность которой будет достаточной, если выполняется соотношение: длина запрессованной части больше 4-5 ее диамет- 1О ров.

Таким образом, оценки, приведенные в (4) и (5), доказывают справедливость выбранных границ угла с(, а условия прочности крепления прессо- 15 вой посадки оправдывает выбор поперечного размера Ь вставки.

Инструмент работает следующим образом.

Стержень 1 инструмента закрепляют за противоположный рабочему торцу конец в гнезде концентратора (не показан) сварочной машины. Проволоку 6 через направляющее отверстие 5 подают под рабочую площадку 3. Инструмент опускают и с помощью канавки 4 центрируют ее, прижимают к монтируемому прибору 7 и обжимают. После чего включают ультразвук, который распространяется по акустическому .тракту так, что рабочая площадка 3 инструмента совершает периодические колебания вдоль оси проволоки 6. За счет постоянной нормальной нагрузки, сжимающей инструмент 1, проволоку 6 и 35 монтируемый прибор 7, между поверхнос тями канавки 4 и проволоки 6 возникает сила трения покоя Р = (р, А где (!!а — удельная сила трения; А— поверхность мгновенного контакта в зоне проволоки 6 — инструмент (зона с! ), которая больше силы трения покоя Fs =!! А в зоне проволока 6 монтируемый прибор 7 (зона В, фиг.2)45

Разница между F„ F определяется тем, что при !!С,-4 © в первые моменты деформации Ао= 2Ав. Поэтому в первый же момент приложения тангенциальной силы упругих колебаний стержня .1 происходит срыв проволоки 6 по отношению к монтируемому прибору 7 и трение покоя Р переходит в трение скольжения, меньшее Fe,. Однако, хотя эта сила трения скольжения и мала, но она отлична от нуля. Поэтому имеются достаточные условия для передачи УЗ энергии в объем проволоки 6, находящейся под инструментом оторая расшатывает .решетку материала роволоки 6. Этому же способствует и тепловая энергия трения скольжения проволоки 6 по прибору 7. Пластичность материала проволоки. 6 повышается, деформация ее растет, инструмент 1 опускается, проволока 6 сминается, меняет свою-форму, причем таким образом, что возрастают площади контакта А и Аз. Следовательно, растут и силы трения Раи Рву но Рь растет быстрее из-за того, что контактное трение скольжения вместе с пластическим течением и ростом А> стремящемся к А 1, приводит к образо1 ванию мостиков схватывания, т.е. к росту удельной силы трения.уь по сравнению с . Рост F увеличивает расшатывающий момент, действующий на вставку 2, и благоприятствует передаче УЗ энергии в решетку проволоки 6.

Как известно, с ростом деформации растет сопротивление материала этому деформированию а с ростом контактных площадей Ад и А уменьшается давление на проволоку 6.Поэтому по мере роста деформации сопротивление деформированию и давление постепенно выравниваются и деформация прекращается. В этот момент Fä = F6.

Подбором времени действия ультразвукового импульса, величины нормальной сжимающей технологической нагрузки и акустической мощности добиваются такого положения, чтобы процесс сварки оканчивался вместе с прекращением деформации и выравниванием сил трения в контактных зонах.

Наличие вставки 2 вносит неоднородность в акустический тракт, которая частично гасит колебания., Чтобы компенсировать эти потери, приходится увеличивать входную мощность генератора. Это увеличение позволяет преодолеть пассивность системы при слабых воздействиях (в начале процесса сварки). Но по мере роста деформации жесткость системы растет, проводимость акустического тракта увеличивается и избыток мощности окадывается лишним, так как приводит к срыву инструмента 1 относительно проволоки 6. Он начинает проскальзывать, увеличивая вероятность сдвиговых деформаций и тем самым увеличивая вероятность адгезии материала проволоки 6 к рабочей площадке 3. Та131188

5 ким образом, вставка, защищая своими границами рабочую площадку 3 от выхода на нее иэ объема стержня 1 дефектов решетки, являющихся центрами. адгезии материала проволоки 6 к инструменту 1, становится причинои другого вида процессов (сдвиговых), приводящих к той же адгезии.

Уменьшить этот нежелательный эф-, фект можно, если заставить колебать- 10 ся вставку 2 как единое целое со стержнем 1. Поэтому вставка 2 утоплена в тело стержня 1 с 987 охватом . ее поверхности. Кроме того, требуется, чтобы объем вставки 2 был значи- f5 тельно меньше объема рабочей части стержня 1. Однако с уменьшением объема вставки возникают трудности с ее креплением. Поэтому размеры вставки должны быть минимально возможными 20 для уменьшения рассогласования акустического тракта и максимально допустимыми для обеспечения надежного креп ления ее в стержне 1.

Экспериментально установлено, что согласованная относительная длина вставки 2 при ее диаметре В = 0,10,20 мм составляет 0,01-0,25 длины стержня с учетом того,что она утонлена в его тело на глубину не менее

4 своих диаметров.

Задание согласованной длины 1 вставки и связи между этой длиной и ее диаметром полностью определяют ее

8 6 габариты. Положение вставки, задаваемое углом, связывает ее со стержнем инструмента.

Предлагаемый инструмент позволяет за счет уменьшения расшатывающего момента и согласования габаритных размеров вставки с габаритными размерами стержня повысить долговечность микросваро ного инструмента в 4 раза., 1

Использование инструмента для ультразвуковой сварки с согласованной вставкой, расположенной наклонно к оси стержня, позволяет уменьшить расходы по выпуску инструмента, повысить производительность сварочных установок и увеличить время безотказной работы автоматических роботизи-: рованных комплексов сварки. формула изобретения

Инструмент для ультразвуковой сварки, содержащий стержень с наклонным направляющим отверстием для проволоки и износостойкую вставку с рабочим торцом, о т л и.ч а ю щ и и ся тем, что, с целью повышения долгоечности износостойкая вставка уставеч

У о р новлена под углом 30 4 0(, g 60 к продольной оси стержня, а длина вставки 1 выбрана из соотношения е= (0,01-0,25) 1, . где 1. — длина стержня инструмента, I

Я фиг 2

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, В НИИПИ Закas 1921/13 Тираж 976 Подписное