УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДЕФОРМАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ И РЕЛАКСАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ
ULTRASOUND PROCESSING TOOL FOR STRAIN HARDENING AND RELAXATION PROCESSING

Изобретение относится преимущественно к ручным инструментам с ультразвуковым возбуждением для виброударной обработки поверхностей, сопровождающейся пластическим деформированием и озвучиванием обрабатываемой поверхности ультразвуком, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например строительстве мостов, судостроении, нефтяной и газовой промышленности для релаксационно-упрочняющей обработки металлоконструкций, например, околошовных зон и швов сварных соединений и других поверхностей.
7
Известен ультразвуковой обрабатывающий инструмент с жидкостным охлаждением (см. патент РФ №2266805, МПК В24В 39/00, опубл. 27.12.2005, БИ №36), включающий акустическую систему, в состав которой входят магнитострикционный преобразователь и жестко соединенный с ним трансформатор колебательной скорости (волновод), к которому через резьбовое соединение присоединен волновод-удлинитель, помещенные в корпус, снабженный системой охлаждения, в котором установлена на одной оси с акустической системой пружина с возможностью оказывать на нее прижимное воздействие на обрабатываемый объект. В узловой области волновода-удлинителя выполнена проточка, в которой свободно расположены шарики, на которых установлен стакан индентора со сквозными отверстиями в торце, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного движения ударники в виде стержней с утолщениями, причем утолщенные концы ударников размещены между торцом стакана и излучающей поверхностью.
Недостатком аналога является отсутствие возможности производить обработку с постоянным равномерным усилием прижима инструмента к обрабатываемой поверхности, а также отсутствие возможности производить предварительную настройку усилия прижима.
7
Известно устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей (см. патент РФ №2201863, МПК В24В 39/00, В 39/04, опубл. 10.04.2003, БИ №10), включающий акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука (волновод), торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы между торцевой частью корпуса и концентратором и являющуюся упругим элементом с малой инерционной способностью, и стопорный элемент, размещенный со стороны концентратора. Кроме того, устройство снабжено упругим элементом с большой инерционной способностью, дополнительным стопорным элементом, поджимающей гайкой и фасонной накладкой с изоляционным элементом, обладающим пружинными свойствами, закрепленной на торце магнитострикционного преобразователя для полного внутреннего отражения энергии излучателя ультразвука, и подвижной втулки, сопряженной с акустической системой, при этом пружина расположена между поджимающей гайкой и фасонной накладкой, упругий элемент с большой инерционной способностью расположен с противоположной от пружины стороны магнитострикционного преобразователя между корпусом и подвижной втулкой, а стопорные элементы установлены в корпусе со стороны концентратора.
Аналог крепится на станке и предназначен для работы только в стационарном режиме, а регулирование усилия прижима осуществляется заменой оттарированной пружины, для чего необходимо производить разборку устройства, а необходимое статическое усилие прижима инструмента к обрабатываемой поверхности детали обеспечивают, например, с помощью поперечного суппорта токарно-винторезного станка.
7
Известен виброударный инструмент с ультразвуковым возбуждением и воздушным охлаждением, принятый за прототип (см. патент РФ №2259912, МПК В06В 1/08, В06В 1/12, В24В 39/00, В25D 9/14, опубл. 10.09.2005, БИ №25), включающий корпус, источник возбуждения, состоящий из последовательно соединенных электроакустического магнитострикционного излучателя (волновода) и волноводного акустического трансформатора и размещенный внутри корпуса с возможностью возвратно-поступательного хода заданной длины, и обойму с бойками, установленную соосно с волноводным акустическим трансформатором. Источник возбуждения при этом закреплен во втулке, размещенной внутри корпуса с зазором на направляющих скольжения, выполненных в виде призматических шпонок, которые заложены в сквозные пазы корпуса через эластичные виброизолирующие прокладки и одновременно в глухие пазы во втулке, которая закреплена на волноводном акустическом трансформаторе с натягом, усилие которого соответствует ее радиальной деформации, превышающей амплитуду поперечных колебаний волноводного акустического трансформатора в узле продольных колебаний при его работе на холостом ходу; упругоинерционная система выполнена в виде пружинного амортизатора.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что отсутствует возможность производить обработку с постоянным равномерным усилием прижима инструмента к обрабатываемой поверхности, а также отсутствует возможность производить предварительную настройку усилия прижима.
Технический результат - проведение виброударной обработки поверхностей с постоянным, предварительно настроенным, равномерным усилием прижима ультразвукового инструмента к обрабатываемой поверхности заготовки.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что заявляемое устройство, как и известное устройство (прототип), содержит корпус, акустическую систему, упругоинерционную систему и неподвижную рукоятку, в которой установлена система дистанционного пуска-останова ультразвукового генератора, питающего акустическую систему, выполненную с возможностью перемещения в корпусе по направляющим, выполненным в виде шпонок. Особенность заявляемого устройства заключается в том, что оно снабжено подвижным подпружиненным упором, размещенным в корпусе и выполненным с возможностью его продольного перемещения, причем при рабочей деформации пружины упора и тарированной пружины сила пружины упора меньше силы тарированной пружины.
Размещение подвижного подпружиненного упора в корпусе ультразвукового инструмента позволит производить обработку с постоянным, предварительно настроенным, равномерным усилием прижима инструмента к обрабатываемой заготовке.
На чертеже представлена схема ультразвукового обрабатывающего инструмента.
Ультразвуковой обрабатывающий инструмент состоит из волновода 1 с пьезокерамической акустической системой (акустическая система условно не показана), закрепленного в стакане 2, который в свою очередь установлен в корпусе 3, на котором закреплена неподвижная рукоятка 4 с системой дистанционного пуска-останова в виде курка 5, предназначенная для подвода кабеля 6, соединяющего ультразвуковой инструмент с ультразвуковым генератором (УЗК-генератор условно не показан), и подвижная (вращающаяся вокруг оси корпуса 3) рукоятка 7, упругоинерционная система представлена в виде тарированной пружины 8, один конец которой упирается во внутреннюю стенку корпуса 3, а другой - во внешний торец стакана 2; подвижный упор 9 подпружинен с помощью пружины 10, при этом сила пружины 10 при рабочей деформации значительно ниже, чем у тарированной пружины 8, и закреплен на внутренней стороне корпуса 3 регулировочным винтом 11. Во время работы ультразвукового обрабатывающего инструмента стакан 2 совершает возвратно-поступательные перемещения внутри корпуса 3 по направляющим, выполненным в виде двух шпонок (шпонки не показаны), закрепленных на внутренней поверхности корпуса 3, а перемещение стакана 2 в корпусе 3 ограничивается размерами двух глухих шпоночных пазов (пазы условно не показаны), выполненных на внешней оболочке стакана 2, в которые заложены шпонки; для подачи управляющего сигнала от курка 5 на УЗК-генератор служит провод 12, а кабель 13 высокого напряжения служит для подачи питания на акустическую систему от УЗК-генератора.
Упругоинерционная система и подвижный подпружиненный упор служат для создания постоянного, предварительно настроенного, равномерного усилия прижима ультразвукового обрабатывающего инструмента к обрабатываемой поверхности заготовки.
Для осуществления технологического процесса необходимо на регулировочном стенде оттарировать ультразвуковой инструмент на требуемое усилие прижима к обрабатываемой поверхности, заданное конкретными условиями виброударной обработки с помощью регулировочного винта 11 путем продольного перемещения подвижного упора 9. При завинчивании регулировочного винта 11 происходит сжатие пружины 10 и подвижный упор 9 совершает продольное перемещение вправо, отдаляясь от торца стакана 2, тем самым увеличивается требуемое усилие прижима. При вывинчивании регулировочного винта 11 пружина 10 разжимается и подвижный упор 9 совершает продольное перемещение влево, тем самым уменьшается требуемое усилие прижима. Затем ультразвуковой инструмент соединить кабелем 6 с УЗК-генератором. После этого прижать волновод 1 к обрабатываемой поверхности до соприкосновения подвижного упора 9 со стаканом 2. Происходит сжатие упругоинерционной системы, и затем с помощью курка 5 через провод 12 произвести запуск УЗК-генератора, тем самым подать напряжение через кабель 13 на пьезокерамическую акустическую систему, находящуюся в стакане 2, которое вызывает в ней колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через волновод 1 на обрабатываемую поверхность. Волновод 1, соприкасаясь с обрабатываемой поверхностью, начинает воздействовать на нее ультразвуковыми колебаниями - одновременно происходит озвучивание поверхности ультразвуком и ее пластическое деформирование. В результате этого осуществляется обработка с постоянным усилием.
Для изменения усилия прижима ультразвукового инструмента к обрабатываемой поверхности производится его тарирование на предмет соответствия прилагаемому усилию прижима в соответствии с конкретными условиями виброударной обработки.