Устройство для ультразвуковой обработки материалов

 

Использование: обработка материалов с помощью ультразвуковых колебаний при микросварке изделий, а также для сварки и резки пластмасс, биологических тканей в медицине. Сущность изобретения: в устройстве , состоящем из преобразователя с концентратором , корпус выполнен сплошным. Вокруг концентратора установлен экран. В противоположном концентратору конце корпуса установлен глушитель шума. Экран имеет систему перегородок определенной конфигурации, расположения и размеров и в совокупности с его формой, размерами и характером закрепления на корпусе обеспечивает эффективное снижение шума, излучаемого преобразователем и экранируемой частью концентратора. Зазор между экраном и концентратором,корпусом и преобразователем , а также отверстие глушителя образуют сквозной канал, обеспечивающий естественную вентиляцию концентратора и преобразователя. 1 з. п. ф-лы, 4 ил. обходимо обеспечить низкий уровень шума, излучаемого всей конструкцией. Известно устройство для ультразвуковой сварки, содержащее ультразвуковой преобразователь с подсоединенным к нему концентратором акустической энергии. Преобразователь помещен в корпус, заполненный жидкостью для охлаждения. Недостатком данного устройства является высокий уровень шума, создаваемого открытым концентратором. Кроме того, наличие системы водяного охлаждения, которая увеличивает вес устройства и требует подвода жидкости,-ограничивает использова (/) С XI со vj О о го со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 20/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР и р..., У :

j ьиь

К ПАТЕ НТУ

С»

О ,Ы

М (21) 4886668/08 (22) 30.11.90 (46) 07.01.93. Бюл. М 1 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В. И, Ульянова (Ленина) (72) С, А. Гудовский, С. В. Петухова, А, С. Смирнов, С. Г. Соколов и Е. А, Тишин (73) Ленинградский электротехнический институт им. В, И, Ульянова (Ленина) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 925590, кл. В 23 К 20/10, 1980, 2, Борьба с шумами на производстве, Справочник / Под ред, Е. Я. Юдина. — M.:

Машиностроение, 1985, 3. Клюкин И. И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах, — Л.: Судостроение, 1971.

4. Справочник по судовой акустике, /

Под ред. И. И. Клюкина и И, И. Боголепова,—

Л,: Судостроение, 1978, 5. Ультразвуковое сварочное устройство УЗСУ 1 — 0,16/22, ТУ 16 — 88 ИЕЛВ

044.633.033 ТУ.

Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение относится к области обработки материалов с помощью ультразвуковых колебаний и может быть использовано при микросварке изделий, а также для сварки и резки пластмасс, обработки биологических тканей в медицине.

Технической задачей является создание ультразвукового инструмента с воздушной системой охлаждения (жидкостное охла>кдение исключается), который может быть использован в качестве ручного инструмента, при этом для улучшения условий труда не„„. Ы„„1787092 АЗ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: обработка материалов с помощью ультразвуковых колебаний при микросварке изделий, а также для сварки и резки пластмасс, биологических тканей в медицине. Сущность изобретения; в устройстве, состоящем из преобразователя с концентратором, корпус выполнен сплошным.

Вокруг концентратора установлен экран, В противоположном концентратору конце корпуса установлен глушитель шума, Экран имеет систему перегородок определенной конфигурации, расположения и размеров и в совокупности с его формой, размерами и характером закрепления на корпусе обеспечивает эффективное снижение шума, излучаемого преобразователем и экранируемой частью концентратора. Зазор между экраном и концентратором, корпусом и преобразователем, а также отверстие глушителя образуют сквозной канал, обеспечивающий естественную вентиляцию концентратора и преобразователя. 1 з. и, ф-лы, 4 ил. обходимо обеспечить низкий уровень шума, излучаемого всей конструкцией.

Известно устройство для ультразвуковой сварки, содержащее ультразвуковой преобразователь с подсоединенным к нему концентратором акустической энергии, Преобразователь помещен в корпус, заполненный жидкостью для охлаждения. Недостатком данного устройства является высокий уровень шума, создаваемого открытым концентратором, Кроме того, наличие системы водяного охлаждения, которая увеличивает вес устройства и требует подвода жидкости,-ограничивает использова1787092 ной не более 0,5 А и длиной la=1 1+(2n+1)0,5х

xiL, где I > — длина перегородок вдоль образующей экрана; n=0,1,2,...

Дополнительно цель достигается тем, что в части зазора между экраном и концентратором, прилегающей к корпусу, размещен звукопоглощающий материал, толщина которого меньше расстояния между концентратором и экраном, а в остальной части расположены перегородки.

55 ние этого устройства в ручных инструментах.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому решению является ультразвуковое свароч- 5 ное устройство УЗСУ 1 — 0,16/22, На фиг. 1 приведен упрощенный чертеж этого устройства с изображением основных конструктивных элементов. Устройство-прототип состоит из ультразвукового преобразовате- 10 ля 1 с концентратором 2 и корпуса 3 с элементами крепления преобразователя 1.

Преобразователь 1 размещен в корпусе 3 с помощью втулки 4, установленной в кольцо

5 и на прокладку 6, и упорных винтов 7. Для 15 охлаждения преобразователя 1 устройство содержит радиатор 8, а в корпусе 3 имеются вентиляционные отверстия 9. Охлаждение происходит за счет конвекции воздушным потоком, поступающим через зазор между 20 корпусом 3 и выходящим из него концентратором 2, а также через вентиляционные отверстия 9.

Недостатком прототипа является высокий уровень шума, излучаемого открытым 25 концентратором и преобразователем через вентиляционные отверстия корпуса, Целью изобретения является улучшение условий труда за счет снижения тонального шума с длиной волны А, излучаемого 30 устройством.

Цель достигается тем, что в устройстве, имеющем корпус, в котором закреплен акустический преобразователь с концентратором, корпус выполнен сплошным, а 35 устройство снабжено глушителем шума, экраном и перегородками, глушитель шума закреплен на корпусе противоположно концентратору, экран выполнен с геометрической формой, соответствующей 40 геометрической форме концентратора, установлен вокруг него и герметически закреплен на корпусе, перегородки выполнены с высотой не менее 0,25 1, где

Л вЂ” длина волны тонального шума, и закреп- 45 лены на внутренней поверхности экрана с зазором не более 0,25 il от концентратора и с возможностью образования акустических каналов криволинейной формы шириСущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве для ультразвуковой обработки материалов снижение шума, основными источниками которого являются вентиляционные отверстия корпуса и открытый концентратор, осуществляется сплошным корпусом, при этом воздушная вентиляция обеспечена за счет сквозного зазора между экраном и концентратором, корпусом и преобразователем и за счет отверстия глушителя шума, а вокруг концентратора установлен экран, форма, место закрепления на корпусе, а также расположенная на внутренней поверхности которого система перегородок определенной конфигурации и размера обеспечивают как эффективное снижение шума, излучаемого концентратором, так и естественное поступление воздуха в корпус для охлаждения преобразователя.

В предлагаемом техническом решении осуществляется реактивное глушение шума с помощью корпуса и глушителя шума, а также интерференционное глушение шума с помощью экрана с установленной на нем системой перегородок. П ри этом введен ны и экран не является конструктивно интерференционным глушителем, но при определенном расположении вокруг концентратора проявляет свойства такого глушителя, образуя акустические каналы, отличающиеся по длине на Л /2. Глушение происходит на выходе акустических волн из зазора между концентратором и экраном.

Новые конструктивные признаки обеспечивают одновременно вентиляцию корпуса устройства и эффективное шумоглушение.

На фиг, 2 приведен пример реализации заявляемого устройства; на фиг. 3 и 4 дана развертка экрана с вариантами выполнения системы перегородок.

Заявляемое устройство (фиг. 2) содержит акустический преобразователь 1, концентратор 2 конусообразной формы, корпус

3, в котором с помощью втулки 4, установленной в кольцо 5 и на прокладку 6, и упорных винтов 7 закреплен концентратор 2, Для эффективного охлаждения на преобразователе 1 закреплен радиатор 8. Корпус 3 выполнен сплошным и содержит на противоположном концентратору конце глушитель 10 шума, выполненный в виде трубчатого канала, имеющего поворот на

90, Канал образован стальной перфорированной трубкой 11 толщиной 1 мм с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, диаметром 3 мм, коэффициент перфорации — не менее 0,4. Между трубкой

11 и внутренней поверхностью кожуха глу1787092

12=11+(2n+1)0,5 il., п=0,1„„ (1)

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковая обработка материала (сварка, пайка) осуществляется обычным путем за счет передачи в зону обработки через

55 шителя 10 помещен звукопоглощающий материал 12 — пенопласт с открытыми порами толщиной 5 мм, т.е, не менее А /4. Здесь и далее геометрические размеры элементов конструкции устройства приводятся атно- 5 сительно типовой рабочей частоты ультразвуковых колебаний f=22 кГц, для которой длина волны А в воздухе составляет 16 мм, Диаметр б1трубки 11 до поворота (в направлении излучаемого шума ) составляет 20 мм 10 (dq> Л), а длина а =55 мм (а 3,5Л ), Диаметр d2 трубки 11 после поворота составляет 8 мм (dr= А /2), длина аг=70 мм (а 4,5il, ). Эффективность такого глушителя может быть рассчитана по формулам (3, 15 с,287; 4, с, 210) и составляет около 25 дБ.

Конструктивно глушитель оформлен в виде рукоятки для удержания устройства во время работы.

Устройство также содержит экран 13, 20 закрепленный на корпусе 3 герметично через резиновую прокладку 14. Экран 13 выполнен по форме концентратора 2 и установлен вокруг последнего с зазором д =д +дг, где 0> = il /4=4 мм — размер 25 свободного поперечного сечения между концентратором и звукопоглощающим материалом экрана; дг = А /4=4 мм — толщина звукопоглощающего материала. Между корпусом 3 и шейкой концентратора 2 имеется зазор для связи внутреннего объема корпуса 3 с внешней средой. Экран 13 изготовлен из стали толщиной 1 мм, собственная звукоизоляция которой на рабочей частоте составляет не менее 35 дБ (5, с, 298).

Внутренняя поверхность экрана 13 на расстоянии L вдоль образующей от места его закрепления на корпусе 3 облицована звукопоглощающим материалом 15 — пенопластом с открытыми порами. На оставшейся 40 части внутренней поверхности экрана 13 на расстоянии I< установлена система перегородок 16 (пластин), высота которых составляет не менее А/4 (см. фиг. 3 или 4), а зазор между концентратором и верхним краем пе- 45 регородок 16 не более А /4. Перегородки 16 выполнены таким образом, что образуют вместе с экраном 13 вдоль его образующей акустические каналы криволинейной формы, за счет чего длина lz этих каналов у>ке не равна I>. Форма и располо>кение перегородок выбираются из условия концентратор 2 акустических колебаний, возбуждаемых преобразователем 1, Поскольку рабочее положение устройства— концентратором вниз, То через нижний вентиляционный канал, образованный концентратором 2 и экраном 13, холодный воздух за счет конвекции поступает внутрь корпуса

3, охлаждает радиатор 8 и выходит через верхний вентиляционный канал в глушителе

10. Шум преобразователя 1 и концентратора 2 при достаточно большой собственной звукоизоляции корпуса 3 излучается в окружающую среду преимущественно через два указанных вентиляционных канала.

Шум, излучаемый верхним вентиляционным каналом, снижается посредством глушителя 10 шума.

Шум, излучаемый через нижний вентиляционный канал, снижается следующим образом. На участке длиной L шум поглощается звукопоглощающим материалом 15, При этом указанная толщина д звукопоглощающего материала 15 обеспечивает наибольшее звукопоглощение в нем, а ширина зазора д1 — наибольшее снижение шума, проходящего через этот участок нижнего вентиляционного канала, работающего как активный глушитель (3, с.284).

Далее шум проходит зону перегородок

16. При этом шум проходит по каналам двух различных длин, Первый из них образован внешней поверхностью концентратора 2 и системой перегородок 16 и имеет длину 1<, другие — внутренней поверхностью экрана

13 и пространством между перегородками

16.и имеют длину Iz, Указанные выше геометрические соотношения системы перегородок 16 обеспечивают формирование в указанных акустических каналах плоских волн, При этом вследствие того, что их длины находятся в соотношении (1), на выходе нижнего вентиляционного канала соответствующие волны оказываются в противофазе, и за счет интерференции результирующий уровень шума снижается практически до минимума, определяемого точностью выполнения указанных геометрических соотношений.

Кроме того, при выходе плоской волны из зазора между концентратором 2 и экраном 13 во внешнюю среду происходит формирование волны, отличной от плоской, а именно волны с акустическим сопротивлением, отличным от такового для плоской волны. В результате часть энергии выходящей волны отражается назад в канал (4, с.70, 212). Отраженная назад волна также происходит участок с системой перегородок

16 и участок со звукопоглощающим матери1787092

45 алом 15, в результате чего происходит дополнительное сни, .ение ее энергии.

Та ким образом, и редложен ная конструкция позволяет при сохранении воздушной системы естественной вентиляции нагревающихся узлов снизить тональный шум, излучаемый при работе, что обеспечивает улучшение условий труда.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвуковой обработки материалов, состоящее из корпуса, в котором закреплен акустический преобразователь с концентратором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения условий труда за счет снижения уровня тонального шума, излучаемого устройством, корпус выполнен сплошным, а устройство снабжено глушителем шума, экраном и перегородками, глушитель шума закреплен на корпусе противоположно концентратору, экран выполнен с геометрической формой, соответствующей геометрической форме концентратора, установлен вокруг него и герметично закреплен на корпусе, перего5 родки выполнены с высотой не менее 0,25 Л, где Л вЂ” длина волны тонального шума, и закреплены на внутренней поверхности экрана с зазором не более 0,25Л от концентратора и с возможностью образования

10 акустических каналов криволинейной формы с шириной не более 0,5 Л и с длиной ! г=! )+(2п+1)0,5Л, где !1 — длина перегородок вдоль образующей экрана, n=0,1,2....

15 . 2.Устройство поп.1,отл ича ю щеес я тем, что часть зазора между экраном и концентратором, прилегающего к корпусу, заполнена звукопоглощающим материалом, а в остальной части расположены пере20 городки, 1787092 а 2

Юи2. 3 лл

Составитель С,Гудовский

Техред M,Моргентал Корректор M.Ñàìáoðcêàÿ

Редактор

Заказ 264 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям л открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская э., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101