Ультразвуковой способ обработки материалов

 

О П И С А Н И Е 308784

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 23.Ч1.1970 (№ 1446304/18-10) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 09.VII.1971. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 1.IX.1971

МПК В 06Ь 3/00

В 21с 23/00

В 21с 25/02

В 29g 2/00

Комитет по делам иаобретеиий и открытий при Совете Миииотров

СССР

УДК 621.983.1:534.8 (088.8) Авторы изобретения Ю. И. Китайгородский, Е. Д, Мезинцев, Б. В. Хилков и К. В. Хилков

Заявитель

1 1ч

УЛЪТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

P=р+т, Изобретение относится к области ультразвуковой технологии и может быть использовано в процессах обработки материалов давлением (экструдирование, выдавливание, вытяжка и т. д.) с наложением ультразвуковых колебаний.

Известен способ обработки металлов давлением в ультразвуковом поле, заключающийся в том, что материал, подвергающийся обработке, помещают в пучность смещения стерж- тр невой системы продольных колебаний. Прп этом достигнут эффект снижения статического усилия деформаций независимо от его абсолютной величины.

Известно также, что общее статическое уси- 1ч лие прессования Р складывается из усилия р, необходимого для осуществления заданной деформации, т. е. для преодоления внутреннего трения в материале, и усилия трения Т, возникающего на боковых поверхностях обжима- 2п ющей части очага деформации и загрузочного контейнера

Эффект снижения статического усилия де- 25 формации р при использовании продольных ультразвуковых колебаний является результатом наложения динамической нагрузки на статическую. При приложении продольных колебаний силы трения на стенках контейнера и 30 обжимающей части матрицы частично снижаются за счет вынужденны.; поперечных колебаний, возникающих вследствие эффекта Пуассона, так как в реальных стержневых системах продольных колебаний в пучностях смещений поперечное смещение не равно нулю.

Однако поперечное смещение в этом случае составляет незначительную величину от продольного и настолько мало, что не оказывает заметного влияния на снижение сил трения Т на стенках загрузочного контейнера и обжимающей части матрицы.

Эффект снижения статического усилия деформаций при использовании стержневой системы продольных колебаний четко проявляется только при соизмеримости величин статических и динамических нагрузок, При превышении статических нагрузок над динамическими эффективность использования продольных колебаний в целях уменьшения сил внутреннего трения материала р снижается, что в общем случае ограничивает целесообразность применения известного способа обработки материалов при больших статических нагрузках.

11ри больших статических нагрузках наиболее целесообразным является путь снижения сил трения на контактных поверхностях обжимающего устройства за счет эффекта воздей308784 ствия поперечного (нормального) смещения поверхности обжимающего устройства.

Цель изобретения — снижение усилий трения на обжимающей поверхности очага деформаций и загрузочного контейнера, снижение статического усилия обработки независимо от его абсолютной величины и улучшение качества изделия.

Это достигается возбуждением в теле обжимающего устройства (матрицы, прессформы и т. д.) ультразвуковых колебаний на резонансе моды, создающей на обжимающей поверхности одну или несколько замкнутых линий пучностей поперечного (нормального) смещения, а на торцовой поверхности обжимающего устройства — одну или несколько замкнутых линий узлов смещений. Возбуждающая сила при этом может прикладываться к внешней (боковой или торцовой) поверхности обжимающего устройства в зонах, соответствующих пучностям смещения внешней поверхности. В случае когда обжимающее устройство выполнено в виде цилиндра или кольца с осевым отверстием, замкнутые линии пучностей и узлов смещения являются окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной оси устройства. При этом резонансная мода колебаний соответствует осесимметричным радиально-изгибаемым колебаниям тела.

Наличие замкнутых линий пучностей поперечного смещения по всей обжимающей поверхности снижает усилия по всему периметру обрабатываемой поверхности, а также уменьшает или исключает возможность несимметричного течения металла.

Если в системе продольных колебаний подводимая мощность ограничена мощностью максимум двух двигателей продольных колебаний, то в данной системе можно использовать значительно большее число возбуждающих двигателей, устанавливаемых в зонах пучностей смещений внешней поверхности обжимающего устройства.

Наличие замкнутых линий узлов смещения на торцовой поверхности обжимающего устройства осуществляет надежную акустическую развязку колебательной системы с массой машины и обеспечивает работоспособность системы под действием больших статических нагрузок.

50 ф

Характер истечения материала на обжимающей части очага деформации при обработке давлением зависит от соотношения внешних Т и внутренних р сил трения, следствием чего являются дефекты обработки (задиры, трещины, раковины).

Снижение сил внешнего трения Т за счет введения в зону деформации поперечных смещений по всему периметру обжимающей поверхности позволяет улучшить качество изделия и снизить требования к применяемой смазке.

Предлагаемый способ обработки материалов можно иллюстрировать на примере выдавливания металла через круглую щель.

На чертеже изображена перазъемная прессформа с загрузочным цилиндром и эпюры распределения амплитуд поперечных смещений на внешних поверхностях.

Матрица 1 работает по действием динамических усилий F, приложенных к боковой поверхности матрицы. Матрица опирается узлах смещения колебаний на опоры 2. Обжимающий поясок 8 размещен в пучности поперечных смещений. Статическое усилие Р приложено к прессуемому металлу 4 через пуансон 5.

Предмет изобретения

Ультразвуковой способ обработки материалов с одновременным использованием в очаге деформаций статических и динамических нагрузок, отличающийся тем, что, с целью снижения усилий трения на обжимающей поверхности очага деформации, снижения статического усилия обработки и улучшения качества изделия в теле обжимающего устройства (матрицы, прессформы и т, д.) возбуждают ультразвуковые колебания на моде, создающей на обжимающей поверхности одну или несколько замкнутых линий пучности смеещений, нормальных к поверхности обрабатываемого изделия, и одновременно создающей на торцовой поверхности обжимающего устройста одну или несколько замкнутых линий узлов смещения, по которым осуществляют акустическую развязку указанного устройства с машиной.

308784 (у )

Составитель И. Гольденберг

Редактор А. В. Корнеев Текред Л. Я. Левина Корректор Л. А. Царькова

Заказ 2332/17 Изд. № 987 Тираж 473 Подппс.;ос

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4i5

Типография, пр. Сапунова, 2