УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам для упрочнения поверхности деталей машин и металлообрабатывающего инструмента и может быть использовано при обработке поверхности металлов.
9
Известно устройство для наложения ультразвуковых колебаний на заготовку при резьбонарезании, включающее излучатель ультразвуковых колебаний с волноводом, расположенным под углом к станине (см. патент РФ №2290282, МПК B23G 1/16, B23G 1/44, опубл. 27.12.2006 г.).
Недостатками данной конструкции является низкая эффективность обработки, так как воздействие источника только механической энергии (ультразвуковых колебаний) недостаточно для создания высоко упрочненного слоя.
7
Известна установка для лазерной обработки, включающая источник лазерного излучения и оптико-волоконный световод (см. патент РФ на полезную модель, МПК В23К 26/00, 26/02, 26/03, 26/067, опубл. 10.12.2003 г.).
Недостатком такой установки является узкий интервал управления структурно-напряженным состоянием обрабатываемой поверхности, что приводит к снижению качества обработки и свойств упрочненного слоя.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности стали, включающая лазерный и ультразвуковой излучатель с волноводом (см. Вестник Самарского государственного технического университета, серия «Физико-математические науки», 2007, №1 (14)).
Недостатком прототипа является низкая производительность, так как источники лазерного и ультразвукового воздействия разделены во времени и пространстве.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности установки, ее эффективности, улучшения качества и увеличения глубины упрочняемого слоя.
Решение технической задачи достигается тем, что известная установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов, включающая лазерный излучатель, ультразвуковой излучатель с волноводом, и станину, согласно полезной модели, лазерный излучатель снабжен оптиковолоконным световодом, который установлен рабочим концом перпендикулярно обрабатываемой поверхности, а волновод установлен под углом 45° к обрабатываемой поверхности и соединен с ультразвуковым излучателем через магнитострикционный преобразователь, при этом в волноводе выполнено отверстие через которое пропущен световод таким образом, что их оси сходятся на обрабатываемой поверхности.
Волновод выполнен продольно-крутильным, а диаметр отверстия для световода, равен 3÷8 мм.
Данная конструкция позволит повысить производительность установки за счет совместного и объединенного во времени и пространстве воздействия источников лазерного и ультразвукового излучения, эффективность за счет воздействия продольно-крутильного волновода, прочность и глубину упрочняемого слоя металла.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид установки для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов, на фиг.2 - продольно-крутильный волновод с отверстием, в которое установлен световод.
Установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов включает лазерный излучатель 1 и ультразвуковой излучатель 2 с волноводом 3 и станину 4. Лазерный излучатель 1 снабжен оптиковолоконным световодом 5, который установлен рабочим концом перпендикулярно обрабатываемой поверхности 6 через отверстие 7 в волноводе 3. Причем волновод 3 установлен под углом 45° к обрабатываемой поверхности 6 и соединен с ультразвуковым излучателем 2 через магнитострикционный преобразователь 8. Световод 5 установлен в отверстии 7 волновода 3 таким образом, что их оси сходятся в одной точке на обрабатываемой поверхности 6. Волновод 3 выполнен продольно-крутильным, с диаметром отверстия 7 равным 3-8 мм. Магнитострикционный преобразователь 8 установлен на направляющей 9, один конец которой подвижно прикреплен к опоре 10, другой конец находится в регулируемой взаимосвязи с опорой 11, через динамометр 12. Магнитострикционный преобразователь 8 установлен с возможностью регулирования положения посредством пары червяк-рейка 13
Установка работает следующим образом.
На станину 4 устанавливают образец 6. К обрабатываемой поверхности образца 6 прижимают рабочей поверхностью продольно-крутильный волновод 3 с магнитострикционным преобразователем 8 с помощью пары червяк-рейка 13, усилие прижима которого контролируют динамометром 12. Оптико-волоконный световод 5 устанавливают в отверстие 7 волновода 3. Причем при выполнении диаметра отверстия 7 меньше 3 мм снижается производительность установки, а при диаметре больше 8 мм - увеличиваются потери ультразвуковых колебаний. Диаметр световода 5 должен соответствовать диаметру отверстия 7.
Одновременно на обрабатываемую поверхность направляют ультразвуковое и лазерное излучение. В результате этого одновременного воздействия лазерного излучения с ультразвуковыми продольно-крутильными колебаниями происходит упрочнение поверхности металла по схеме «пластическое деформирование - лазерное излучение - пластическое деформирование». Причем продольно крутильный волновод 3 оказывает высокоэнергетическое воздействие на поверхность, что позволяет увеличить толщину упрочненного слоя и повысить эффективность установки в целом. Кроме того, предлагаемая установка позволит получить высокое качество обрабатываемой поверхности, которая не требует дополнительной механической обработки перед использованием, что снижает себестоимость проведения процесса упрочнения.
Использование предлагаемой установки для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов позволит по сравнению с прототипом повысить производительность и эффективность установки.