| JP3760762 | BURNISHING DEVICE AND METHOD |
| JP08252750 | WORK MACHINING EQUIPMENT |
| JP11077526 | BURNISHING DEVICE |
КУДРЯВЦЕВ, Юрий (Норт Парк Роад, 212-15 Торнхилл Онтарио L4J 0A1, Оntаriо, L4J 0A1, 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)
КУДРЯВЦЕВ, Юрий (Норт Парк Роад, 212-15 Торнхилл Онтарио L4J 0A1, Оntаriо, L4J 0A1, 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 1. Ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений, содержащий корпус с рукояткой, в котором с помощью направляющих скольжения с возможностью движения вдоль корпуса размещен стакан, на одном торце которого размещена головка с бойками, которая зафиксирована относительно стакана с помощью поджатого кольцевой пружиной шарика, входящего в лунки, выполненные на головке с угловой дискретностью, 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 взаимодействует с сухарем из высокопрочного материала, который, в свою очередь, взаимодействует с торцами бойков головки, установленных подвижно в головке с возможностью поджатия к обрабатываемой поверхности вручную или 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, отличающийся тем, что головка зафиксирована относительно стакана жестко с помощью, например, дополнительно установленного кольцевого хомута, охватывающего кольцевую пружину с шариком, сухарь выполнен в виде пластины, размещенной перпендикулярно рабочему торцу вибрационного привода, имеющей контактные поверхности для взаимодействия с рабочим торцом вибрационного привода и торцами бойков и установленной с возможностью качания вокруг оси, зафиксированной в головке параллельно рабочему торцу вибрационного привода, причем соотношением расстояний от оси качания до центров поверхностей контакта пластины с рабочим торцом вибрационного привода и торцами бойков задается коэффициент трансформации амплитуды колебаний от рабочего торца вибрационного привода к бойкам, а соосно с бойками в головке выполнены отверстия, диаметр которых превышает максимальный диаметр бойка. 2. Ультразвуковой инструмент по п.1, отличающийся тем, что сухарь выполнен как одно целое с бойками в виде пластины, размещенной перпендикулярно рабочему торцу вибрационного привода с возможностью качания вокруг оси, зафиксированной в головке параллельно рабочему торцу вибрационного привода, и имеет контактную поверхность для взаимодействия с рабочим торцом вибрационного привода и контактную поверхность в форме головки бойка для взаимодействия с обрабатываемой поверхностью. |
Область изобретения
Изобретение относится к области технологического использования энергии ультразвуковых колебаний и может быть использовано 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 знакопеременных нагрузок 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. Предпосылки создания изобретения
Уровень техники включает ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений (патент России N° 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 виброударного инструмента.
Другим недостатком устройства является то, что вследствие расположения бойков нормально к торцевой рабочей поверхности вибрационного привода удается обработать только легкодоступные сварные швы и поверхности деталей, которые расположены нормально к ультразвуковому инструменту. Но есть много случаев, когда наклон поверхности детали или месторасположение сварного шва вследствие конструктивных препятствий не позволяет установить нормально к ним ультразвуковой инструмент и провести качественную ударную обработку. Эти поверхности и сварные швы остаются необработанными, что не позволяет обеспечить повышение общей надежности и работоспособности детали или машины в целом. Таким образом, инструмент, который рассматривается, имеет ограниченные функциональные возможности.
Уровень техники также включает ультразвуковой инструмент для ударной обработки деталей и сварных соединений (Патент Украины JYO 68264, МПК В24В 39/00, В06В 1 / 06, 2007), содержащий корпус с ручкой, в котором на направляющих скольжения с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения 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 нормально к выходному торцу вибрационного привода с возможностью возвратно-поступательного перемещения 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, имеет нормальное расположение бойков к выходному торцу вибрационного привода, что во многих случаях из- за конструктивных препятствий не позволяет обработать труднодоступные поверхности деталей и сварные швы. Вследствие этого не удается обеспечить при применении технологии ударной обработки повышения в полной мере надежности и работоспособности отдельной детали или машины в целом. То есть, и этот инструмент имеет ограниченные функциональные возможности.
Патент Украины JV° 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 труднодоступных мест деталей и сварных соединений, который уже имеет надежную систему принудительного воздушного охлаждения. Выход воздуха через головку с бойками обеспечивает сдув загрязнений с поверхности и препятствует заклиниванию бойков в головке вследствие засорения зазоров. Кроме того, наличие сухаря из высокопрочного материала между рабочим торцом вибрационного привода и торцами бойков позволяет наклонить бойки на угол до 45 градусов. При этом удается обработать уже более широкий круг поверхностей деталей и сварных швов, находящихся вследствие конструктивных препятствий в труднодоступных местах. Но предложенная в рассматриваемом инструменте конструкция сухаря приводит к снижению эффективности обработки, поскольку в боек передается только часть усилия, развиваемого вибрационным р
приводом (Р Шка = " ршодо , где а - угол наклона бойка). Поэтому
cos а
применение предложенного инструмента только частично решает проблему. В случае обработки деталей и поверхностей из высокопрочного материала слабые ударные нагрузки значительно снижают эффективность ультразвуковой ударной обработки. В случаях, когда угол наклона превышает 45 градусов, обработка вообще невозможна. Например, таким инструментом невозможно обработать для увеличения усталостной прочности внутреннюю поверхность отверстий, поскольку при незначительном диаметре отверстия не удается установить бойки нормально к обрабатываемой поверхности или вообще невозможно вставить головку инструмента с выступающими бойками в отверстие вследствие малых размеров проема. Таким образом, и этот инструмент имеет ограниченные функциональные возможности и малую эффективность. 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 - расширение функциональных возможностей и повышение эффективности известного ультразвукового инструмента для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений за счет применения новой конструкции инструмента, в которой бойки можно наклонять на любой угол от 0 до 180 градусов и при этом не терять усилие, развиваемое вибрационным приводом. Кроме того, указанную цель предлагается достичь за счет применения конструктивного варианта инструмента, головка которого не имеет выступающих бойков, что позволяет обрабатывать отверстия относительно небольших размеров.
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест 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 размещена головка с бойками, которая зафиксирована относительно стакана с помощью поджатого кольцевой пружиной шарика, входящего в лунки, выполненные на головке с угловой дискретностью, 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 взаимодействует с сухарем из высокопрочного материала, который, в свою очередь, взаимодействует с торцами бойков головки, установленных подвижно в головке с возможностью поджатая к обрабатываемой поверхности вручную или 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, головка зафиксирована относительно стакана жестко с помощью, например, дополнительно установленного кольцевого хомута, охватывающего кольцевую пружину с шариком, сухарь выполнен в виде пластины, размещенной перпендикулярно рабочему торцу вибрационного привода, имеющей контактные поверхности для взаимодействия с рабочим торцом вибрационного привода и торцами бойков и установленной с возможностью качания вокруг оси, которая зафиксирована в головке параллельно рабочему торцу вибрационного привода, причем соотношением расстояний от оси качания до центров поверхностей контакта пластины с рабочим торцом вибрационного привода и торцами бойков задается коэффициент трансформации амплитуды колебаний от рабочего торца вибрационного привода к бойкам, а соосно с бойками в головке выполнены отверстия, диаметр которых превышает максимальный диаметр бойка.
Кроме того, сухарик может быть выполнен как одно целое с бойками в виде пластины, размещенной перпендикулярно рабочему торцу вибрационного привода с возможностью качания вокруг оси, зафиксированной в головке параллельно рабочему торцу вибрационного привода, и имеющей контактную поверхность для взаимодействия с рабочим торцом вибрационного привода и контактную поверхность в форме головки бойка для взаимодействия с обрабатываемой поверхностью.
Расширение функциональных возможностей и повышение эффективности известного ультразвукового инструмента для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений достигается благодаря применению новой конструкции головки, которая позволяет размещать бойки в головке под любым углом наклона и при этом не терять усилия вибрационного привода. Кроме того, как вариант, предлагается инструмент, в головке которого конструктивно объединены сухарь и бойки, что позволяет значительно уменьшить размеры головки и предоставить возможность обработать малые по размерам отверстия.
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 представлена схема предложенного ультразвукового инструмента;
на фиг.2 представлена увеличенная схема конструкции головки с бойком, наклоненным под углом 90 градусов;
на фиг.З, фиг.4 и фиг.5 представлены примеры схем построения конструкции сухаря головки при различных углах наклона бойков; на фиг.6 представлен вариант схемы инструмента, в головке которого объединены сухарь и бойки.
Детальное описание предпочтительного варианта
Ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений (фиг.1) содержит корпус 1 с рукояткой 2, в котором с помощью направляющих скольжения 3 установлен стакан 4, который имеет возможность возвратно-поступательного перемещения благодаря штифту 5, закрепленному на стакане 4 и входящему в продольный паз корпуса 1. 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 или 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). В случае, когда угол наклона бойков 7 от 0 до 90 градусов, стакан 4, а, соответственно, и головка 6 с бойками 7 прижимается пружиной 10 к обрабатываемой поверхности 11. Когда угол наклона равен 90 градусов или лежит в пределах 90 ... 180 градусов, стакан 4 с головкой 6 и бойками 7 прижимается к обрабатываемой поверхности вручную. 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. После выставления головки 6 под необходимым углом разворота, то есть после попадания шарика 12 в необходимую лунку головки 6, шарик жестко фиксируется хомутом 14. В головке 6 параллельно рабочему торцу 15 вибрационного привода установлена ось 16, которая зафиксирована от выпадения кольцевой пружиной 17. На оси 15 с возможностью качания установлен сухарь 18 в виде пластины, размещенной перпендикулярно к рабочему торцу 15 вибрационного привода, имеет контактные поверхности для взаимодействия с рабочим торцом 15 вибрационного привода (поверхность 19) и торцами бойков 7 (поверхность 20). Бойки 7 установлены в головке 6 подвижно в направляющих отверстиях (на фиг.2 показан вариант с одним бойком). Соосно с бойками в головке 6 напротив бойков выполнены отверстия 21 , диаметр которых превышает максимальный диаметр бойка 7. В зависимости от формы сухаря 18 возможны расположения бойков 7 в головке 6 под различными углами (фиг.З, фиг.4 и фиг.5).
Соотношением расстояний ] и ^2 (фиг.4) от оси качания до центров поверхностей контакта пластины с рабочим торцом вибрационного привода и торцами бойков задается коэффициент трансформации амплитуды колебаний от рабочего торца вибрационного привода к бойкам.
Кроме того, головка 6 может быть выполнена без бойков и отверстий напротив них (фиг.6), а сухарь 18 может быть выполнен как одно целое с бойками в виде пластины, установленной с возможностью качания и имеющей контактную поверхность 19 для взаимодействия с рабочим торцом вибрационного привода и контактную поверхность 22 в форме головки бойка для взаимодействия с обрабатываемой поверхностью 1 1.
Ультразвуковой инструмент работает следующим образом. В инструмент вставляют головку 6 с бойками 7. Головку вставляют под необходимым дискретным углом поворота вокруг продольной оси инструмента, который фиксируется шариком 12, который попадает в лунку на цилиндрической части головки. Шарик 12 зажимают хомутом 14. После подачи сжатого воздуха в штуцер 8, поток воздуха проходит сквозь стакан 4, охлаждает ультразвуковой преобразователь вибрационного привода и выходит из стакана через головку 6, охлаждая рабочий торец 15 вибрационного привода, сухарь 18 и бойки 7. Ультразвуковой инструмент готов к работе. Бойки 7 вводят в механический контакт с обрабатываемой металлической поверхностью 11. В случае, когда угол наклона бойков меньше 90 градусов, оператор нажимом через рукоятку 2 смещает корпус 1 относительно стакана 4 сжимает пружину 10. Инструмент прижимается к обрабатываемой поверхности пружиной 10 с усилием 40 ... 60 Н. В это время через кабель 9 подается напряжение ультразвуковой частоты от генератора колебаний на ультразвуковой преобразователь вибрационного привода, что приводит к возбуждению в нем резонансных упругих продольных механических колебаний. Благодаря применению в вибрационном приводе трансформатора колебательной скорости амплитуда колебаний рабочего торца 15 достигает 20 ... 30 мкм. Сухарь 18, который контактирует с рабочей поверхностью 15 вибрационного привода своей поверхностью 19, и бойки 7, контактирующие с поверхностью 20 сухаря 18, также начинают вследствие ударного взаимодействия совершать колебания. При этом сухарь 18 качается вокруг оси 16, а бойки осуществляют продольные колебания в направляющих отверстиях головки 6. При этом кинетическая энергия, полученная бойками 7 от ультразвукового преобразователя, расходуется на деформирование поверхности 11 и на их упругий отскок назад. Если угол наклона бойков равен или больше 90 градусов, оператор прижимает инструмент к обрабатываемой поверхности собственным усилием. В этом случае пружина 10 не влияет на работу инструмента. Хомут 14 удерживает головку 6 от выпадения, поскольку при прижиме бойков к обрабатываемой поверхности 1 1 , в случае возбуждения вибрационного режима, сила, действующая от рабочего торца 15 вибрационного привода через контактную поверхность 19 на сухарь 18 и бойки 7, будет действовать и на ось 16 , выталкивая головку 6 из инструмента. Если надо заменить изношенные бойки 7, головку 6 снимают с инструмента, переворачивают таким образом, чтобы сухарь 18 запрокинулся на оси 16 и открыл отверстия 21 , через которые бойки выпадают из головки и их можно заменить новыми. Как вариант, в случае необходимости проведения ударной обработки, например, образующей поверхности относительно малых отверстий, сухарь выполняют как одно целое с бойком. При этом на сухаре 18 делают контактную поверхность 22 в форме головки бойка 7. Такое исполнение сухаря обеспечивает уменьшение потерь энергии инструмента, поскольку исключается один ударный переход энергии. Кроме того, при таком исполнении сухаря контактная поверхность 22 будет осуществлять не прямой удар в обрабатываемую поверхность 1 1, что имело место при движении бойков в направляющих отверстиях головки, а благодаря оси качания удар будет косым, что приведет к дополнительному заглаживанию места удара, что повысит качество ударной обработки.
Предложенный ультразвуковой инструмент для ударной обработки труднодоступных мест деталей и сварных соединений позволяет обрабатывать поверхности, до которых трудно или невозможно добраться известным ультразвуковым инструментом с осевым расположением бойков. Новый инструмент только сменой головки позволяет разворачивать бойки на угол от 0 до 180 градусов и обрабатывать широкий круг сложных поверхностей, труднодоступных сварных швов и малых отверстий. Это значительно расширяет функциональные возможности инструмента. Предложенная конструкция качающегося сухаря головки инструмента повышает эффективность и качество ультразвуковой ударной обработки деталей и сварных соединений.
Next Patent: METHOD AND DEVICE FOR TRANSPORTING VACUUM ARC PLASMA