УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РЕЗКИ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для ультразвуковой резки изделий из листовых неметаллических материалов, и может быть использована для получения изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов и раскроя препрега для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной промышленности и ветроэнергетики.
Из уровня техники известно режущее устройство для резки пищевых продуктов, которое имеет электрический генератор ультразвуковой частоты, рукоятку, преобразователь энергии ультразвуковой частоты, связанный с генератором, и лезвие, включающее подвижную часть с режущей кромкой, контактирующую с преобразователем, и неподвижную часть, связанную с рукояткой. Преобразователь энергии ультразвуковой частоты размещен между подвижной и неподвижной частями лезвия, при этом в качестве преобразователя энергии ультразвуковой частоты использован пьезоэлектрический преобразователь, подвижная и неподвижная части лезвия установлены с возможностью контакта с рабочими гранями преобразователя, расположенными вдоль режущей кромки подвижной части лезвия (Патент РФ №2061587, B26B 7/00, 1992 г.).
Достигаемый устройством технический результат заключается в уменьшении сложности конструкции и повышении надежности эксплуатации устройства при резке пищевых продуктов.
К недостаткам известного устройства, следует отнести его невысокие технологические возможности. Режущее устройство не позволяет получать изделия сложной формы из полимерных композиционных материалов.
0,5
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути является устройство для ультразвуковой резки, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с электромеханическим преобразователем, трансформатор механических колебаний. На последнем с помощью узла крепления установлено съемное лезвие, с возможностью колебательного перемещения с амплитудой 30…50 мкм. Режущая кромка лезвия выполнена зубчатой и образована последовательно расположенными дугами окружностей диаметром D≤0,25 мм. Расстояние S между центрами дуг окружностей определяется из зависимости (0,08(D-0,02))≤S≤D. Съемное лезвие выполнено из титана. При этом в зоне режущей кромки материал лезвия включает твердые тугоплавкие соединения нитридов и оксидов титана. Устройство предназначено для резки листовых неметаллических материалов (Патент РФ №1805037, B26D 1/04, 2002 г.).
Достигаемый устройством технический результат заключается в расширении технологических возможностей за счет обеспечения способности эффективной резки композиционных материалов на основе органо-, угле- и стеклонаполнителей.
К недостаткам известного из уровня техники устройства, следует отнести его ограниченные технологические возможности. Устройство для ультразвуковой резки не позволяет получать изделия сложной формы из полимерных композиционных материалов.
Техническая задача состоит в обеспечении возможности раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы из полимерных композиционных материалов.
Выполнение этой задачи обеспечивается конструкцией устройства для ультразвуковой резки изделий сложной формы, в котором узел крепления съемного ножа выполнен с возможностью поворота относительно своей горизонтальной оси. При этом лезвие ультразвукового ножа получает возможность перемещения по сложной пространственной траектории под различными заданными углами к плоскости изделия под действием управляющей программы, обеспечивая профильную резку листовых тонкостенных и толстостенных полимерных композиционных материалов. Применение заявляемой конструкции устройства для ультразвуковой резки позволяет осуществлять различные схемы раскроя заготовок для многослойных изделий с учетом последующего совмещения слоев встык или внахлест для каждого отдельно взятого изделия сложной формы, изготовляемого из полимерных композиционных материалов.
Для достижения поставленного технического результата в устройстве для ультразвуковой резки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, содержащем генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с электромеханическим преобразователем, трансформатор механических колебаний, узел крепления ножа и съемный нож, согласно полезной модели, узел крепления ножа выполнен с возможностью поворота относительно горизонтальной оси узла крепления.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 схематично представлено устройство для ультразвуковой резки;
- на фиг.2 - схема резки криволинейного контура.
Устройство для ультразвуковой резки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов включает вакуумный стол 1, пористую подложку 2, прижимное кольцо 3, генератор 4, соединенный с электромеханическим (пьезоэлектрическим) преобразователем 5, трансформатор 6 механических колебаний, узел 7 крепления съемного ножа 8.
Устройство для ультразвуковой резки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов работает следующим образом.
Заготовка из полимерного композиционного материала в виде листа, препрега или композитной панели устанавливается на вакуумный стол 1 и закрепляется на нем с помощью вакуума, создаваемого через пористую подложку 2. Верхняя часть раскраиваемого материала прижимается к подложке 2 прижимным кольцом 3. Электрические колебания от генератора 4 подаются на электромеханический (пьезоэлектрический) преобразователь 5 и преобразуются в ультразвуковые колебания, усиливаемые трансформатором 6 (например, ступенчатого, типа) до амплитуды 30-50 мкм, и через узел крепления 7 подаются на съемный осциллирующий нож 8. Нож 8 начинает совершать ультразвуковые колебания с указанной амплитудой, осуществляя при этом процесс резания заготовки. Частота колебаний 44±4 кГц, мощность 30-60 Вт.
Узел крепления 7 съемного ножа 8 выполнен с возможностью поворота относительно своей горизонтальной оси. При этом лезвие ножа получает возможность перемещения по сложной пространственной траектории под различными заданными углами к плоскости изделия под действием управляющей программы. Поворот ножа в процессе резания обеспечивает профильную резку листовых тонкостенных и толстостенных полимерных композиционных материалов. Применение заявляемой конструкции устройства для ультразвуковой резки позволяет осуществлять различные схемы раскроя заготовок и препрегов для многослойных изделий с учетом последующего совмещения слоев встык или внахлест для каждого отдельно взятого изделия сложной формы, изготовляемого из полимерных композиционных материалов.
Применение предлагаемого устройства позволяет осуществить раскрой углекомпозитов и стеклопластиков на эпоксидном связующем, а также сотовых конструкций, дерева, кости и других неметаллических материалов.
Профильные поверхности одинарной и двойной кривизны наиболее часто встречаются у изделий из композиционных материалов, применяющихся в авиационной и ракетно-космической технике. Профильная резка таких изделий представляет собой весьма трудоемкий процесс. Предлагаемая полезная модель позволяет осуществить раскрой сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы из полимерных композиционных материалов.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - обеспечение возможности раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы из полимерных композиционных материалов.
Анализ заявленной полезной модели на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата - обеспечения возможности раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы из полимерных композиционных материалов.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для ультразвуковой резки изделий из листовых неметаллических материалов, и может быть использован для раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы из полимерных композиционных материалов для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной промышленности и ветроэнергетики.
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.