КЛЕЙМАН, Якоб (Челвуд Драйв, 205 Торнхилл, Онтари, L4J 7C3 Ontario, L4J 7C3, CA)
LUGOVSKYI, Оlеksаndr (bul. Lерsе, 31-24Kiеv, 03065, UA)
КУДРЯВЦЕВ, Юрий (Норт Парк Роад Торнхилл, 212-15 Онтари, LAJ OA1 Ontario, LAJ OA1, CA)
KLEIMAN, Jacob (Chelwood Drive, 205Thornhill, Ontario L4J 7C3, L4J 7C3, CA)
КЛЕЙМАН, Якоб (Челвуд Драйв, 205 Торнхилл, Онтари, L4J 7C3 Ontario, L4J 7C3, CA)
| Формула изобретения 5 1. Ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений; указанный инструмент содержит корпус с рукояткой, в котором с помощью направляющих скольжения с возможностью движения вдоль корпуса размещен стакан, на одном торце которого зафиксирована головка с бойками, на другом торце ^ размещен штуцер для подвода воздуха системы принудительного охлаждения и электрический кабель генератора ультразвуковых колебаний, а в середине стакана акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений, рабочий торец которого контактирует с торцами бойков головки, установленных с возможностью движения 15 перпендикулярно к рабочему торцу вибрационного привода и поджатия к обрабатываемой поверхности с помощью пружины, которая находится между корпусом и стаканом, причем в стакане обеспечен сквозной проход воздуха системы принудительного охлаждения от торца со штуцером, вокруг поверхности 2Q вибрационного привода и к торцу с головкой и бойками, отличающийся тем, что на рабочем торце ультразвукового вибрационного привода дополнительно выполнена наклонная поверхность в виде фаски, а в головке дополнительно размещены на направляющих скольжения два сухаря, имеющие выступы с наклонными поверхностями, которыми они с помощью кольцевой пружины поджаты к наклонной поверхности рабочего торца вибрационного привода, причем сухари имеют возможность двигаться параллельно рабочему торцу вибрационного привода и в них в одной плоскости выполнены отверстия, в которых размещены бойки. |
Область изобретения
Изобретение относится к области технологического использования энергии ультразвуковых колебаний и может быть применено в машиностроении, авиастроении, судостроении, строительстве стальных башен, нефтяных платформ, искусственных островов и железнодорожных мостов, а также в других отраслях промышленности, в которых применяются конструкции, работающие в условиях знакопеременной нагрузки и, соответственно, имеющие большую вероятность усталостного разрушения. Поверхностная ударная обработка металлических изделий и сварных швов, как заключительная технологическая операция, значительно увеличивает работоспособность и срок службы конструкций. На сегодняшний день значительное распространение получили методы поверхностной обработки с помощью пластической деформации, такие как обработка шариками, роликами, дробеструйная обработка, виброобкатывание и другие. Значительно повысился интерес к высокоэнергетическим видам обработки поверхности, к которым относится и поверхностное упрочнение с помощью интенсивных ультразвуковых колебаний. Этот метод позволяет достичь существенного повышения усталостной прочности и износостойкости конструкций. В свою очередь, эффективность и производительность процесса ультразвуковой ударной обработки в значительной степени зависит от конструкции применяемого ультразвукового инструмента. 01
2
Предпосылки создания изобретения
Уровень техники включает инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений (патент России Ν» 2179919 С2, МПК B25D 9 / 14, В06В 1 / 08, В06В 1 / 12, В24В 39/04, 2000), содержащий корпус с ручкой, источник возбуждения колебаний в виде ультразвукового вибрационного привода с ультразвуковым преобразователем и системой принудительного охлаждения, размещенного с зазором в корпусе на направляющих скольжения с возможностью возвратно - поступательного движения и контактирующего с корпусом через пружину, а также головку с бойками, зафиксированную на корпусе соосно с вибрационным приводом , причем бойки установлены подвижно в отверстиях головки нормально к торцевой рабочей поверхности вибрационного привода и контактируют с ней при поджатии к обрабатываемой поверхности детали или сварного шва.
В таком устройстве воздушная система охлаждения отводит тепло только от ультразвукового преобразователя. Головка с бойками, которая сильно нагревается во время работы, в данном устройстве не охлаждается, что значительно уменьшает время непрерывной работы ударного инструмента. Другим недостатком известного устройства является то, что при возбуждении вибрационного привода бойки, упруго прижатые к обрабатываемой поверхности, начинают двигаться возвратно-поступательно в отверстиях головки и ударно обрабатывать поверхность. Но при этом на поверхности детали образуются только лунки. Для обработки поверхности детали или сварного шва оператор должен перемещать ультразвуковой инструмент по поверхности или вдоль сварного шва, преодолевая сопротивление металла, который деформируется. Это снижает качество обработки вследствие нестабильности при таком движении прижима оператором инструмента к поверхности и приводит к быстрой утомляемости оператора, что снижает производительность технологического процесса.
Уровень техники также включает ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений (Патент Украины Х° 68264, МПК В24В 39/00, В06В 1 / 06, 2007), содержащий корпус с ручкой, в котором на направляющих скольжения с возможностью осевого возвратно-поступательного движения установлен металлический стакан, в котором через виброизоляционное уплотнение установлен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений, соосно со стаканом в корпусе размещена пневмокамера с пружиной, стакан оснащен также насадкой, на которой с возможностью поворота вокруг оси и быстрого съема установлена головка с бойками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения и контакта с выходным торцом вибрационного привода.
Такой инструмент имеет малоэффективную систему охлаждения: нагретый ультразвуковой вибрационный привод, размещенный в герметичном металлическом стакане, только малой внешней поверхностью отдает тепло за счет конвекции атмосферного воздуха. Нагретая головка с бойками также не имеет принудительного охлаждения и охлаждается только за счет малоэффективной естественной конвекции воздуха. Пыль, элементы загрязнения и металлическая стружка, покрывающие обрабатываемую поверхность при ударной обработке, во-первых, мешают визуальному осмотру места обработки, а во-вторых, попадая в малые зазоры между подвижными бойками и головкой заклинают бойки и прекращают вибрационный режим работы инструмента. Как и в предыдущей конструкции, инструмент, который рассматривается, не обеспечивает стабильность качества обработки поверхностей и сварных соединений и не позволяет достичь высокой производительности технологического процесса вследствие быстрой утомляемости оператора. Оператор при работе вынужден перемещать вибрирующий инструмент по поверхности детали или вдоль сварного шва, преодолевая сопротивление пластически деформируемого металла.
Патент Украины JYO 87006, МПК В24В 39/00, В06В 1 / 06, В24В 1 / 04 2009 со свойствами преамбулы пункта 1 формулы изобретения раскрывает устройство ультразвукового инструмента для ударной обработки деталей и сварных соединений, который уже имеет надежную систему принудительного воздушного охлаждения. Выход воздуха через отверстия державки с бойками в сторону обрабатываемой поверхности обеспечивает сдув загрязнений и пыли с обрабатываемой поверхности и препятствует заклиниванию бойков в державке из-за засорения зазоров.
Но и эта конструкция имеет существенный недостаток. Как и в предыдущих случаях, инструмент, который рассматривается, не позволяет обеспечить стабильность качества обработки деталей и сварных соединений и не позволяет достичь высокой производительности технологического процесса вследствие быстрой утомляемости оператора, так как оператор при работе вынужден перемещать вибрирующий инструмент по поверхности детали или вдоль сварного шва, преодолевая сопротивление пластически деформируемого металла. Оператор при работе с таким инструментом вынужден несколько раз перемещать инструмент вперед-назад вдоль сварного шва для усреднения качества обработки и заглаживания деформируемой канавки, которая образуется вдоль сварного шва. Производительность процесса ультразвуковой ударной обработки при этом значительно снижается.
Данный заявитель сконструировал и воплотил это изобретение для преодоления этих недостатков и получения дальнейших преимуществ.
Изложение сущности изобретения
Изобретение представлено и охарактеризовано в основной формуле. Цель изобретения - усовершенствовать известный ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений путем повышения качества и производительности процесса обработки поверхностей и сварных соединений за счет предоставления бойкам дополнительных вибрационных движений в направлении вдоль сварного шва параллельно рабочему торцу вибрационного привода. Ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений согласно изобретению состоит из корпуса с рукояткой, в котором с помощью направляющих скольжения с возможностью движения вдоль корпуса размещен стакан, на одном торце которого зафиксирована головка с бойками, на другом торце размещен штуцер для подвода воздуха системы принудительного охлаждения и электрический кабель генератора ультразвуковых колебаний, а в середине стакана акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений, рабочий торец которого контактирует с торцами бойков головки, установленных с возможностью движения перпендикулярно к рабочему торцу вибрационного привода и поджатая к обрабатываемой поверхности с помощью пружины, которая находится между корпусом и стаканом, причем в стакане обеспечен сквозной проход воздуха системы принудительного охлаждения от торца со штуцером, вокруг поверхности вибрационного привода и к торцу с головкой и бойками, на рабочем торце ультразвукового вибрационного привода дополнительно выполнена наклонная поверхность в виде фаски, а в головке дополнительно размещены на направляющих скольжения два сухаря, имеющих выступы с наклонными поверхностями, которыми они с помощью кольцевой пружины поджаты к наклонной поверхности рабочего торца вибрационного привода, причем сухари имеют возможность двигаться параллельно рабочему торцу вибрационного привода и в них в одной плоскости выполнены отверстия, в которых размещены бойки.
Повышение качества и производительности процесса обработки деталей и сварных соединений достигается благодаря предоставлению бойкам дополнительной возможности вибрационного движения вдоль сварного шва или параллельно обрабатываемой поверхности детали. При этом, благодаря тому, что бойки размещены в разных сухарях, которые при упругом контакте с наклонной фаской вибрационного привода отскакивают в разные стороны, ультразвуковой инструмент и, соответственно, оператор не чувствуют этих движений бойков. Инструмент остается неподвижным и не требует дополнительных усилий оператора для удержания вибрирующего инструмента на месте. Дополнительные вибрационные движения бойков вдоль сварного шва позволяют оператору легко перемещать инструмент, не совершая при этом лишних движений и не испытывая дополнительных нагрузок.
Краткое описание графического материала
Эти и другие характеристики изобретения станут еще более понятными из нижеследующего описания предпочтительной формы воплощения изобретения, представленной в виде не ограничивающих примеров, со ссылкой на прилагаемый графический материал, где: на Фиг.1 показана схема предложенного ультразвукового инструмента;
на Фиг.2 представлена увеличенная схема конструкции головки с бойками;
на фиг.З - сечение головки по плоскости направляющих скольжения. Детальное описание предпочтительного варианта Ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений (фиг.1) содержит корпус 1 с рукояткой 2, в котором с помощью направляющих скольжения 3 установлен стакан 4. Благодаря штифту 5, который закреплен на стакане 4 и входит в продольный паз корпуса 1, движения стакана ограничены. На одном торце стакана 4 зафиксирована головка 6 с бойками 7. В середине стакана 4 акустически развязано размещен ультразвуковой вибрационный привод возвратно-поступательных перемещений (на фиг.1 условно не показан). Акустическая развязка достигается благодаря креплению ультразвукового привода, образованного ультразвуковым преобразователем, соединенным с трансформатором колебательной скорости, через виброизоляционное уплотнение узловой плоскостью, т. е. местом, где колебания отсутствуют либо имеют минимальную величину. На втором торце стакана 4 размещен штуцер 8 для подвода воздуха системы принудительного охлаждения и электрический кабель 9 генератора ультразвуковых колебаний (на схеме условно не показан). Стакан 4, а, соответственно, и головка 6 с бойками 7 поджимаются пружиной 10 к обрабатываемой поверхности 1 1. Головка 6 установлена на торце стакана 4 с возможностью поворота и быстрого съема. Достигается это с помощью шарика 12 (Фиг.2), плоской цилиндрической пружины 13 и лунок на цилиндрической поверхности головки 6, в которые имеет возможность заходить шарик 12. На рабочем торце ультразвукового вибрационного привода, в качестве которого выступает выходной торец трансформатора колебательной скорости 14, выполнена наклонная поверхность в виде фаски 15. В головке 6 на направляющих скольжения 16 (Фиг.З) размещены два сухаря 18, имеющие выступы с наклонными поверхностями, которыми они с помощью кольцевой пружины 19 прижимаются к наклонной поверхности 15 рабочего торца вибрационного привода. Сухари имеют возможность двигаться по направляющим скольжения 16 лишь параллельно рабочему торцу вибрационного привода и у них в одной плоскости выполнены отверстия, в которых размещены бойки 7.
Ультразвуковой инструмент работает следующим образом. К штуцеру 8 подводят сжатый воздух. Воздух проходит сквозь стакан 4, охлаждает ультразвуковой преобразователь и выходит из стакана через головку 6, охлаждая выходной торец трансформатора колебательной скорости 14, сухари 18 и бойки 7. Ультразвуковой инструмент готов к работе. Бойки 7 вводят в механический контакт с обрабатываемой металлической поверхностью 1 1. Нажатием через рукоятку 2 оператор смещает корпус 1 относительно стакана 4, сжимая пружину 10. Инструмент прижимается к обрабатываемой поверхности пружиной 10 с усилием 40 ... 60 Н. Одновременно через кабель 9 подается напряжение ультразвуковой частоты от генератора колебаний на ультразвуковой преобразователь вибрационного привода и возбуждает в нем резонансные упругие продольные механические колебания. Трансформатор колебательной скорости 14 увеличивает амплитуду колебаний выходного торца (до 20 ... ЗОмкм). Бойки 7, находящихся в контакте с ним, также начинают из-за ударного взаимодействия совершать продольные колебания, двигаясь в отверстиях сухарей 18. При этом кинетическая энергия, полученная бойками 7 от ультразвукового преобразователя, расходуется на деформирование поверхности и на их упругий отскок назад. Одновременно кольцевая пружина 19 прижимает сухари 18 к наклонной поверхности фаски 15 рабочего торца вибрационного привода. Вследствие их ударного взаимодействия образуется сила, одна из составляющих которой направлена вдоль направляющих скольжения 16, т.е. параллельно рабочему торцу трансформатора колебательной скорости 14. Это приводит к возбуждению вибрационного движения сухарей с бойками параллельно рабочему торцу. При этом сухари, касаясь наклонной поверхности, будут отскакивать в разные стороны и поэтому эти колебания не будут сдвигать с места весь ультразвуковой инструмент и требовать дополнительных усилий оператора для удержания инструмента на месте. Расположение бойков в сухарях в одной плоскости позволит оператору двигать инструмент вдоль сварного шва, образуя деформируемую канавку. Воздух, выходящий через головку 6, очищает обрабатываемую поверхность для постоянного визуального наблюдения и предотвращает попадание продуктов обработки (окалина, ржавчина, грязь и т.п.) в отверстия сухарей и на направляющие скольжения.
Созданное в инструменте дополнительное колебательное движение бойков параллельно обрабатываемой поверхности обеспечивает легкое передвижение инструмента вдоль сварного шва или обрабатываемой поверхности. Теперь оператору нет необходимости преодолевать сопротивление деформируемого металла и прикладывать усилия для перемещения инструмента. Отпадает и необходимость несколько раз проходить по сварному шву для усреднения качества обработки и заглаживания деформируемой канавки вдоль сварного шва. Это существенно повысит качество и производительность технологии ультразвуковой ударной обработки деталей и сварных соединений.