ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РУЧНОЙ УДАРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ГРАВЕРНЫХ РАБОТ
PNEUMATIC HAND-OPERATED IMPACT TOOL FOR GRAPH WORKS

Изобретение относится к устройствам ударного действия для художественно-декоративной обработки твердых материалов, например металлов, и может быть использована для нанесения изображений, углубленных в поверхность обрабатываемого материала. Пневматические ударные инструменты широко применяются в ювелирной работе: гравировка монограмм, разделка под разнообразные виды закрепок камней, резба по кости, дереву и другие работы.
Известен пневматический ударный инструмент для граверных работ фирмы Glendo Corp (US) (патент US 5515930, опубл 14.05.1996 г.), который содержит наконечник и регулятор давления воздуха с ножной педалью. Наконечник состоит из корпуса, на одном конце которого расположена наковальня - резцедержатель, на другом - торцевая заглушка. Внутри корпуса расположен поршень с центральным стержнем, головкой и опорой, контактирующей с пружиной, которая расположена между поршнем и наковальней. Поршень совершает колебательные движения за счет действия пружины и сжатого воздуха, который подается через отверстие в торцевой заглушке корпуса. К наконечнику подключен регулятор давления воздуха, который содержит клапан для регулирования потока воздуха к наконечнику, чувствительный элемент для управления клапаном, пружину сжатия и ножную педаль, функционально соединенную с пружиной сжатия для регулировки давления подаваемого воздуха.
Недостатком данного устройства является неудобство его использования, что снижает эксплуатационные характеристики устройства, потому что нет плавной настройки холостого хода поршня наконечника. В данном изобретении необходимо подбирать силу нажатия пружины ножной педали. При слабом нажатии поршень наконечника не будет двигаться и наконечник не будет работать; при сильном нажатии поршень будет перемещаться с большой скоростью и это может влиять на качество граверных работ.
Известен также пневматический ударный инструмент (патент US 6530435, опубл. 11.03.2003 г., заявитель Lindsay Steven James), который содержит наконечник, ножной клапан управления потоком воздуха в наконечник и устройство управления ножным клапаном. Наконечник содержит корпус с кольцевым выступом внутри, вдоль которого совершает колебательные перемещения двухступенчатый поршнь, разделяющим корпус на три камеры. На одном конце корпуса закреплена наковальня-резцедержатель, на другом - торцевая заглушка с прикрепленной к ней ручкой для удерживании инструмента при использовании. Устройство управления ножным клапаном позволяет в данном изобретении плавно настраивать работу холостого хода поршня наконечника, что позволяет производить тонкую гравировку.
Однако недостатком данного устройства является использование ножной педали для управления и работы ударного инструмента. Гравер при использовании данного инструмента должен научиться координировать движение руки и ноги, управляющей количеством поступления воздуха в инструмент при выполнении гравировальных работ, что усложняет выполнение работы, требует определенного навыка и снижает эксплуатационные характеристики устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пневматический ручной ударный инструмент для граверных работ (патент US 6691798, опубл. 17.02.2004 г., заявитель Lindsay Steven James), в котором настройка холостого хода осуществляется вручную и ножная педаль не используется. Данный инструмент содержит цилиндрический копус с кольцевой перемычкой на внутренней поверхности корпуса и сквозными отверстиями для прохода воздуха до и после кольцевой перемычки. В корпусе расположен двухступенчатый поршень с продольным и радиальным каналом, разделяющий корпус на три камеры. На одном конце цилиндрического корпуса расположена наковальня с отверстием для резца. На другом конце - торцевая заглушка в виде стакана, надетого и закрепленного на корпусе с пружиной в центре, которая упирается в торец соединительной втулки, на которой жестко закреплена ручка. Соединительная втулка установлена на скользящей посадке с возможностью перемещения вдоль корпуса по внешней поверхности заглушки. Перемещение втулки ограничено прорезью в заглушке, по которой перемещается штифт, вставленным в отверстие втулки. В соединительной втулке выполнено продольное отверстие, в которое вставлен игольчатый клапан, соединенной со штуцером. Игольчатый клапан состоит из конической иглы с толкателем на конце иглы, жестко закрепленным на фланце заглушки и корпуса клапана. Корпус клапана имеет канал для подачи воздуха от штуцера. Между корпусом клапана и штуцером установлена пружина. Коническая игла установлена в канале, открывающем проход воздуха от штуцера, который сопряжен с радиальным кольцевым пазом в соединительной втулке. Из кольцевого паза воздух поступает в отверстие для прохода воздуха в цилиндрическом корпусе через соединительный шланг.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и изготовления, например изготовление игольчатого клапана и соединительной втулки, имеющей ряд прорезей и отверстий, а также использование соединительных шлангов, что снижает надежность устройства. Инструмент начинает работать при нажатии на пружину, расположенную между торцевой заглушкой и ручкой. Сила нажатия на ручку определит силу ударов инструмента при работе. Это ограничивает эксплуатационные возможности инструмента, т.к. требует определенного навыка работы при использовании данного инструмента.
Технической задачей данного изобретения является расширение эксплуатационных возможностей ударного инструмента за счет того, что предлагаемое устройство начинает работать при нажатии резца инструмента на поверхность обрабатываемого материала, при этом сила удара будет зависеть от силы нажима на резец. Кроме этого, инструмент имеет более простую конструкцию, удобен в использовании и может выполнять функции гравировки и чеканки.
Поставленная задача достигается тем, что пневматический ручной ударный инструмент для граверных работ содержит цилиндрический корпус с кольцевой перемычкой на внутренней поверхности корпуса и сквозными отверстиями для прохода воздуха до и после кольцевой перемычки, в корпусе расположен двухступенчатый поршень с продольным и радиальным каналом, разделяющий корпус на три камеры, на одном конце цилиндрического корпуса закреплена наковальня-резцедержатель с отверстием для резца, на другом - торцевая заглушка в виде стакана и ручка, при этом ручка закреплена на соединительной втулке, установленной на скользящей посадке с возможностью перемещения до ограничителя вдоль внешней поверхности корпуса, ручка имеет штуцер для подачи воздуха, соединенный с игольчатым клапаном в виде конической иглы, перекрывающей проход воздуха, с пружиной и корпуса клапана с полостью для подачи воздуха от штуцера. Новым является то, что игольчатый клапан установлен в паз по центру ручки и коническая игла со штоком и пружиной упирается в торцевую заглушку, вставленную внутрь цилиндрического корпуса. Корпус клапана имеет кольцевую радиальную проточку со сквозным отверстием для подачи воздуха от штуцера в полость корпуса клапана. Соединительная втулка установлена с образованием зазора между соединительной втулкой и цилиндрическим корпусом, также зазор образован между торцевой заглушкой и внутренней поверхностью ручки для прохода воздуха. Кроме этого, торцевая заглушка в виде стакана имеет по торцу фланец, который опирается на торец цилиндрического корпуса Зазор между торцевой заглушкой и внутренней поверхностью ручки образован за счет резьбового соединения ручки до уступа, образованного на поверхности соединительной втулки. Зазор между поверхностью цилиндрического корпуса и соединительной втулкой образован продольной проточкой на поверхности цилиндрического корпуса. Корпус клапана соединен с регулировочным винтом, установленным по центру ручки. В наковальне-резцедержателе выполнено второе отверстие для резца, параллельное центральному отверстию. Внешняя часть наковальни с отверстиями для резца имеет плоскую форму.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид инструмента, на фиг. 2 представлен вид инструмента при работе поршня в его крайнем положении при ударе по наковальне, на фиг. 3 представлена наковальня резцедержатель плоской формы.
Пневматический ударный инструмент для граверных работ содержит (фиг. 1) цилиндрический корпус 1, в котором на внутренней поверхности выполнена кольцевая перемычка 2. В корпусе 1 проделаны два сквозных отверстия для прохода воздуха, расположенные до и после (выше и ниже) кольцевой перемычки: 3 - впускное отверстие, 4 - выпускное отверстие. На одном конце цилиндрический корпус 1 имеет выступающую шпонку 5 и кольцевую канавку 6 с уплотнительным кольцом для плотной посадки наковальни-резцедержателя 7 в корпусе. Внешняя часть наковальни, выступающая из корпуса (резцедержатель) выполнена плоской для удобства использования в руке гравера (фиг. 3). В наковальне-резцедержателе 7 выполнено осевое центральное отверстие 8, а также боковое отверстие 9, параллельное центральному, в которое вставляют резец и закрепляют болтом. На другом конце цилиндрического корпуса 1 установлена торцевая заглушка 10 в форме стакана, вставленного внутрь корпуса. Стакан заглушки имеет по торцу фланец 11, который опирается на торец цилиндрического корпуса 1. Внутри корпуса 1 между наковальней 7 и торцевой заглушкой 10 расположен двухступенчатый поршень 12, который может перемещаться вдоль корпуса 1. Поршень 12 имеет сквозной продольный и радиальный канал 13 и разделяет полость корпуса 1 на три камеры. Первая камера образована торцом наковальни 7, расположенным в корпусе, торцевой и боковой поверхностью ступени поршня 12 малого диаметра, одним торцом перемычки 2 и внутренними стенками цилиндрического корпуса 1. Эта камера постоянно соединена с атмосферой через сквозное выпускное отверстие 4 в стенке цилиндрического корпуса. Вторая (центральная) камера образована торцом ступени поршня 12 большего диаметра, боковой поверхностью ступени поршня меньшего диаметра, стенками цилиндрического корпуса 1 и другим торцом перемычки 2. Эта камера соединена с источником сжатого воздуха через впускное отверстие 3 в стенке цилиндрического корпуса. Третья камера образована торцом ступени поршня 12 большего диаметра, стенками цилиндрического корпуса 1 и торцевой заглушкой 10. Эта камера сообщается с источником сжатого воздуха через канал 13 поршня и впускное отверстие 3 в стенке цилиндрического корпуса 1. На конце цилиндрического корпуса с торцевой заглушкой 10 установлена ручка 14, закрепленная с помощью резьбового соединения на соединительной втулке 15. Соединительная втулка 15 имеет на противоположном конце от ручки кольцевую канавку с уплотнительным кольцом 16, которое плотно прижато к вшешней поверхности корпуса 1 с возможностью перемещения на скользящей посадке по его поверхности. На внешней поверхности корпуса 1 вдоль соединительной втулки 15 выполнена продольная проточка 17 для образования зазора между соединительной втулкой 15 и цилиндрическим корпусом 1. Также на поверхности корпуса выполнен кольцевой уступ 18 в виде фланца с отверстием для прохода воздуха, а на соединительной втулке 15 сделана продольная проточка, конец которой опирается на уступ 18 в корпусе при перемещении соединительной втулки и является ограничителем ее передвижения. Ручка 14 может иметь грибовидную форму для удобства ее использования. Внутри ручка 14 имеет полость с резьбой 19, которая герметично навинчена на резьбу соединительной втулки 15 до уступа 20, выполненного на внешней поверхности соединительной втулки. Уступ 20 ограничивает соединение ручки 14 со втулкой 15 и за счет этого между внутренней поверхностью ручки и торцевой заглушкой 10 остается зазор для прохода воздуха. В полости ручки 14 выполнен паз по центру ручки, в котором установлен игольчатый клапан. Игольчатый клапан имеет корпус 21 с полостью, в которой расположена коническая игла 22 со штоком и пружиной 23, надетой на шток. Коническая игла 22 расположена в седле корпуса клапана 21, открывая или закрывая проход сжатого воздуха при работе ударного инструмента. Коническая игла 22 упирается в центр торцевой заглушки 10, вставленной в цилиндрический корпус 1. Корпус клапана 21 имеет кольцевую радиальную проточку 24, в которой выполнено сквозное отверстие для подачи сжатого воздуха от штуцера 25 в полость корпуса клапана 21. Штуцер 25 герметично вставлен в отверстие, выполненное в ручке 14. К штуцеру 25 подключен силиконовый шланг от источника сжатого воздуха (давление 0,5-1,5 атм). Корпус клапана 21 соединен с регулировочным винтом 26, установленным и закрепленным по центру ручки 14. Регулировочным винтом 26 производят настройку холостого хода ударного инструмента.
Устройство работает следующим образом.
Ударный инструмент через штуцер 25 подключают к источнику сжатого воздуха под давлением 0,5-1,5 атм. Гравер-оператор берет в руку ударный инструмент и помещает лезвие заточенного резца, например, на пластину металла (медь, серебро, и т.д.). Прикладывает давление на инструмент так, что резец слегка врезается в металл. Резец зажат винтом в осевом центральном 8 или боковом 9 отверстии наковальни 7, которая плотно вставлена в цилиндрический корпус 1 и зафиксирована шпонкой 5 от поворота вокруг оси. Резец через наковальню 7 оказывает давление на цилиндрический корпус 1, который начинает двигаться вдоль соединительной втулки 15, установленной на скользящей посадке за счет уплотнительного кольца 16. При этом торцевая заглушка 10 давит на коническую иглу 22 игольчатого клапана, сжимает пружину 23 и открывает проход для сжатого воздуха. Сжатый воздух из штуцера 25 через проточку и отверстие в корпусе 21 игольчатого клапана проходит в его полость и через открытое конической иглой 22 седло попадает в зазор между торцевой заглушкой 10 и внутренней поверхностью ручки 14 и зазор между соединительной втулкой 15 и цилиндрическим корпусом 1. Затем через впускное отверстие 3 в копусе заполняет центральную камеру и по каналам в поршне 12 поступает в третью камеру между торцевой заглушкой 10 и торцом поршня 12. Давление, оказываемое сжатым воздухом на поршень 12 в центральной камере, меньше, чем давление в третьей камере, т.к. площадь торцевой поверхности поршня больше, чем площадь торцевой поверхности ступени поршня большего диаметра. Поэтому сжатый воздух в третьей камере будет давить на поршнь, двигая его в сторону наковальни 7 (фиг. 2). При ударе о наковальню 7 часть сжатого воздуха по каналу в поршне 12 выйдет в первую камеру и затем в атмосферу через выпускное отверстие 4 с цилиндрическом корпусе 1. Ударившись о наковальню поршень 12 начинает перемещаться вверх в сторону торцевой заглушки 10 и в центральную камеру будет поступать сжатый воздух, также двигающий поршень в сторону торцевой заглушки. Когда радиальный канал поршня 12 пройдет кольцевую перемычку 2 и через впускное отверстие 3 в корпусе и канал в поршне сжатый воздух начнет поступать в третью камеру, оказывая давление на торец поршня, поршень начнет двигаться в сторону наковальни 7. Цикл повторится и поршень 12 будет совершать колебательные перемещения в цилиндрическом корпусе 1.
Таким образом предлагаемый ударный инструмент управляется одной рукой оператора при легком нажатии на резец, установленный на поверхности обрабатываемого материала. При этом сразу запускается механизм подачи сжатого воздуха, поршень совершает осевые колебания, толкает резец вперед, совершая работу с выходом стружки. При этом сила удара инструмента будет зависеть от силы нажима на резец. При прекращении давления на ручку и резец инструмент останавливается и начинает снова работать при последующем нажатии на резец. Это расширяет эксплуатационные возможности инструмента, т.к легко контролировать процесс выполняемой работы по гравировке или чеканке. Работа получается более четкой с заданной глубиной реза.
Для того чтобы отрегулировать холостой ход инструмента, нужно повернуть регулировочный винт 26 на ручке 14, который поворачивается на 180°C. При небольшом повороте винт 26 начинает надавливать на корпус 21 игольчатого клапана. Это позволяет сделать неплотной посадку конической иглы 22 в седле и создать колебания поршня 12 на холостом ходу. При закрученном до конца регулировочном винте 26 колебания холостого хода прекратятся. Однако ударный инструмент начнет работать при надавливании резца на обрабатываемую поверхность. Возможность работы инструмента без холостого хода также расширяет его эксплуатационные возможности.
Второе боковое отверстие 9 в наковальне 7 можно использовать для штихелей, а центральное отверстие 8 - для чеканки и корневерток. При использовании во время работы бокового отверстия 9 штихель будет находиться ближе к обрабатываемой поверхности, что позволит использовать более короткие штихели. Выполнение резцедержателя плоской формы удобно в эксплуатации, т.к. его проще удерживать пальцами руки, чем резцедержатель круглой формы.
По сравнению с прототипом предлагаемый ручной ударный инструмент прост в изготовлении, т.к. имеет менее сложную форму деталей и более простую их обработку, например торцевая заглушка 10 и соединительная втулка 15 имеют простую в изготовлении конструкцию. Игольчатый клапан, расположенный по центру ручки, имеет более простую конструкцию и надежное расположение, воздух проходит внутрь устройства и не требует переходных шлангов, соединяющих отверстия в корпусе. Предлагаемый ударный инструмент изготовлен, опробован и при его использовании показывает хорошие результаты.
Предлагаемое устройство расширяет класс пневматических ручных ударных инструментов для граверных работ.