Устройство для ультразвуковой обработки материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Ii! 583892

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.03.76 (21) 2334476/25-27 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.12.77. Бюллетень ¹ 46 (45) Дата опубликования описания 19.12.77 (51) М. Кл е В 23К 19/04

Государствеиный комитет

Совета Министров СССР по лолам изобретений и открытий (53) УДК 621.796.16.039 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. А. Довнар, А. М. Григорьев, E. Л. Клецков и И. П. Янович

Физико-технический институт АН БССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области обработки материалов давлением с ультразвуком и может применяться в акустических системах для возбуждения в инструментах повышенных амплитуд колебаний при малых мощностях тенератора, например, для ультразвуковой сварки, пайки, шлифования.

Известны устройства, состоящие из преобразователя, волновода, который трансформирует колебания малой амплитуды, возникающие на большой площади его входного торца (в месте соединения с преобразователем), в колебания большей амплитуды, сосредоточенные на малой площади его выходното торца и инструмента (1).

Однако в этих устройствах для получения больших амплитуд колеоаний требуются высокие значения коэффициентов усиления амплитуды К.

Например, для ступенчатого концентратора при К)8 — 10, возникают дополнительные боковые колебания, которые приводят к рассогласованию ультразвуковой системы.

Известно устройство для ультразвуковой сварки, состоящее из преобразователя, соединенно"o с концентратором, системы акустической развязки и инструмента (2).

Для получения больших амплитуд колебаний в таких устройствах на торце рабочего инструмента требуется значительная мощность ультразвукового генератора или высокий коэффициент усиления амплитуды колебаний концентратора. Повышение коэффициента усиления и увеличение мощности генератора

5 ухудшают резонансные характеристики системы, снижают допустимые усилия нагружсппя, увеличивают потери энергии в матерна Ic волновода и концентратора.

Известно устройство для ультразвуковой

10 обработки материалов, содержащее преобр,зователь, концентратор, инструмент, выполненный в виде стержня, закрепленного в пучности колебаний концентратора, и установленную концентричпо инструменту втулку длиной, 15 кратной целому числу полуволн (3).

Это устройство обеспечивает интенсификацию процесса за счет увеличения изгибных колебаний. Однако в ряде видов ультразвуковой обработки необходимо применять коле20 батель,ые системы, вводящие в изделие только продольные колебания, так как наличие поперечных смещений снижает точность обработки.

Для интенсификации процесса обработки

25 за счет увеличения амплитуды продольных колебаний инструмента B предлагаемом устройстве втулка закреплена одним концом IIa торце концентратора, а другим концом — — в пучпостп колебаний инструмента, при этом

ЗО втулка и охватываемая сю часть инструмента

583892

3 выполнены с соотношением коэффициентов трансформации 1: 3.

Под коэффициентом трансформации (усиления) понимается квадрат отношения входного диаметра концентратора к его выходному диаметру.

На чертеже изображено усгройствс для ультразвуковой обраоотки материалов и приведены эпюры распространения ультразвуковых продольных колеоаний в акустической системе.

Оно состоит из преобразователя 1, соединенно-о с концентратором 2, закрепленным в узле колебаний с помощью системы акустической развязки 3, инструмента 4, установленного в пучности колеоапий концентратора 2, и втулки 5 с длиной, кратной целому числу длин,полуволп и зыкреплеш!ой концентрично

И и С TP ) М Е П Т ) ОД и И л(КО П ЦО Х(13 П )" 1 П О С Т и 1 0 Л ЕЙаний концентратора 2 — на его торце, 2 втоpI Ivl концоvl — ы пучпостп колебаний HllcTp) ivIerITB 4. 1(a эпюрах штрих-пунктирной линией обозначена амплитуда колебаний цреобразоыатe Isr 1 — .4 1, штриховои — av(rrëèò ) да ко leбыний втулки 5 — Л, сплошной линиеи -- ре3) льтир) !О!цыя Bvlr(Jlr(T)да колсбани}! — — 13.

Устройство раоотает следую цим ооразом. ()ЫбО ir!ri тОрсц ИНСтруМЕНта 4 уетсп!2ЫЛИЫа10! Iia поыер lrocTH обрабытывасмо,о матсрпаЛа. УЛЬтраэвуКОЫЫС КОЛЕбаиия аМПЛИтудЫ с}! от преооразоыателя 1 -!среда(отея пы копценТр аТ0р 2, ) Сl:. 1 И В сl (ОТ СИ rt!VI (1 ОЭ(}) (р И ЦИ С(И! ) СИJleHi!51 ((мплиг) J,bl колебаний еОнцсл(ты l 0})а

li,><)1! il попадalof на инструмент 4 и втулку

5. Втулка 5 увеличивает амплитуду колебаний

IIo двум lip(шнам: ы силу рсзо(!ансных

Cl30}lCTl3 (Дг!ПН2 СЕ })ЫЬНB ЦС(!О! !У Ч!сСЛ) ДЛИП

rl0.() ûoJrí) с;.оэффициентом УсилениЯ Кр H. благодаря уменьшению сечения ь пгправлеНИП PBCIlPOCTPBHPIIH51 ITÎJIPO(illlill С 1"ОЭ(!)фПЦИентом усилен lsi К„. Сумма этих коэфф!!цис!1 1 ОЫ Дсlсl I(OJlliblH КОЭфГРПЦ!!Ент УС:iJ(Ñ!Ilia Ыl ) lKH 1Y!! = lVp+Az. ВЕЛИЧlнlсl КозффИЦИСЦТОЫ l(г опрсделяегс51 по известной формуле, ы величина коэффициента Кр определяется дооротцость(о втулки. Колебания ыту;.ки 5 происходяг ы одной фазе с ко,!соа:ritsivtH инструменты 4, поэтому !3 месте coc3,:trite((èÿ о!ш с<ладываются, и ипструмс!!г 4 ко;tco(rerся с суммарной амплитудой Jr„, 1(оэ- !)11)и(0èåíò

)>СИЛС!!!151 с!М:IЛI(ГУДЫ КОЛСОЫН;111 0IICTP) мента iv„должен бып меньше оэффпцпспTы ) сиJiе!(И51 ы 1) лкп ifñ,. I сл)"чыс liliлllпдрнческого инструмента 1(„=-} и это )cJiorrrre ьсегда ыыиОлпяеl ся. МыксимыльпОс з!1;(чсп Ic коэффициента усиления ампл(пу.,ы втулки К, выбирают из ус (ot)r!51 получения а.,!!(литуды

1"ОЛСОсlнни, ПЕ 13ЫЗЫЫ2!О!ЦЕЙ 5 CTBJIOCÒ! i! e Рс1Зругпс матер!шла.

В процессе исследованы и 13htir(3. I Ito, iTu oit5

»

00 тимальным и наиболее работоспособным является изготовление втулки и охватываемой ею части инструмента с соотношением коэффициентов трансформации в интервале от 1 до 3.

Зффективность работы устройства по сравнению с коническим концентратором достигается благодаря уменьшению потерь в массе материала (между инструментом 4 и втулкой

5 имеется полость) и увеличению добротности колебательной системы (втулка 5, обладая большей величиной добротности, на резонансной частоте значительно увеличивает амплитуду колебаний).

Пример конкретного исполнения.

Изготовить устройство для ультразвуковой сварки на !астоте 20 кГЦ из стали -15. 1эезоцанспая длина концентратора разна 128 мм.

При мощности ультразыукоыогo генератора

90 Вт и коэффициенте трансформации колебаний концентратора равном 2,8 a:øëèòóäà колебаний инструмента составила около 10 мкм.

После присоединения втулки к торцу концентратора резонансной длины (128 мм} с внешними диаметрами 80 мм и 56 мм и внутренним 40 мм при мощности генератора 90 Вт была получена амплитуда колебпшй! 22 мкм, а амплитуда колебаний 10 мкм была получена при мощности генератора 40 Вт.

Формула изобретеiiи»

Устройство для ультразвуковой обработки материалов, преимущественно сьарки, содержащее преобразователь, концентратор, инструмент, выполненный в виде стержня, закрепленного в пучности колебаний концентратора, и установленную концептрично инструменту втулку длиной, кратной целому числу полуыолн, отлича(ощееся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет увеличения амплитуды продольных колебаний инструмента, втулка закреплена одним концом

iIB TOplie KOIIUPHTpa IOpB, 2

ы пучности колебаний инструмента, при этом втулка и охватываемая ею часть инструмента выполнены с соотношением коэффициентов трыпсформац(;и 1: 3.

Источники информации, принятые ыо ыпим шие при экспертизе

1. Сеыердспко В. П. и др. Обработка металлов давлением с уль(})азыуко(!. Минск, «Наука и теышка», 1973, с. 36.

2. I ыдзсыский Л. II. » ;tp. Ультразвуковая сыыркы. 13 микроэлектронике. «Обзоры IIo электронно i технике». Серия «Технология, opi 2низ2пп51 п})0 !з!30 5С гыа il ooop) to(32HI(5(>>.

М., ЦНИИ «Злсктр )tti:ка», 1974, ыып. 7 (2341 . 5, р ic. 1, д).

3. Лвторс((ос сыид гол! ст(30 .1, 536918, кл.

В 231, 19, 0:1, 1975.

583892

Составитель Л. Комарова

Техред И. Рыбкина

Корректор Л. Орлова

Редактор И. Марголис

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

«аказ 2705/8 Изд. № 994 Тираж 1207

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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