Инструмент для ультразвуковой обработки материалов

1111 878352 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик.(22) Заявлено 26.03.80 (21) 2899699/18)М Клз В 06 В 1/00 присоединением заявки зчое осударственный комите риоритет 14.01.8 СССР по делам изобретений и открытий) Дата опубликования описания 07.11.8 54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЪТРАЗВУКОВОй ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВтельнос дольноЦель для ул в труд возбуд и ступе вертьво частью кривле ние дл концен 5 отношение длины прямогоходной части к длине выхосоставляет/з//г = 002 - ;О,На чертежустройство.Устройствопол ненный инапример пзный с нимВходная частра выполнена представлено предлагаемо одержит возбудит пьезоактивного м еррита, и жестко ступенчатый кон 2 ступенчатого ко рямой и равна чет ль 1, выатериала, соединен- центратор, центратоерти длиИзобретение относится к области ультразвуковой техники и может быть использовано для сварки пленок, ультразвуковой обработки материалов в труднодоступных местах, при хирургических операциях.Известен инструмент для ультразвуковой обработки материалов, содержащий возбудитель из пьезоактивного материала и соединенный с ним искривленный концентратор 11. 10Недостатком известного инструмента является невысокое качество обработки материалов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству являет ся инструмент для ультразвуковой обработки материалов, содержащий возбудитель из пьезоактивного материала и соединенный с ним ступенчатый концентратор с изогнутой выходной частью 12. 20Недостатком известного устройства является невысокое качество обработки материалов из-за нестабильности рабочих параметров, а именно изменение отношения поперечной и продольной компонент т 1/ колебаний рабочего торца.Целью изобретения является повышение качества обработки материалов путем повышения стабильности рабочих параметров инструмента, т. е. уменьшения чувстви ти отношения поперечной и прой компонент т 1 Я к нагрузкам,достигается тем, что в инструментеьтразвуковой обработки материаловнодоступных местах, содержащемитель из пьезоактивного материаланчатый концентратор с прямой четлновой входной частью и выходной, имеющей прямой начальный и иснный выходной участки, соотношеин входной 11 и выходной /г частейтратора составляетЙг% = 1,1 - :1,6,участка 1 з выдной части 1 г а угол изгиба 0 выходной части составля 0 = 0,8 - :3,2 р ади ан.в поперечном направлении 65 ны волны. Выходная часть 3 ступенчатого концентратора выполнена таким образом, что она имеет прямой участок и искривленный участок, угол изгиба которой равен О. Рабочий конец выходной части 3 может быть выполнен в виде полусферы, пилы, долота, иглы, скальпеля и т. д.Устройство работает следующим образом.При подаче электрического сигнала на возбудитель 1 в нем возникают продольные механичсские колебания, которые усиливаются за счет настройки устройства в резонанс и применения ступенчатого концентратора. В изогнутой части 3 концентратора происходит частичное преобразование продольных колебаний в изгибные. Суперпозиция двух типов колебаний создает сложное движение рабочего конца, а форма изогнутой части концентратора обеспечивает устойчивость этого движения к акустическим нагрузкам.Выбор конструкции предлагаемого устройства, обеспечивающей улучшение качества обработки материалов путем повышения стабильности рабочих параметров, обусловлен следующими сообракениями.В изогнутых стержневых волноводах даже при чисто продольном возбуждении всегда появляются как волны продольного типа, так и волны изгибного типа за счет связи обоих типов волн на границах изогнутого стержня вол новода. Отношение поперечных и продольных колебаний тЯ рабочего конца волновода пропорционально отношению амплитуд волн изгибного и продольного типа, которое, в свою очередь, зависит от набегов фаз волн обоих типов и от условий на концах стержня. Очевидно, что чем сильнее связь между обоими типами волн, тем устойчивее отношение тЯ к нагрузкам на рабочем конце. Коэффициент связи между обоими типами волн зависит от их длин, от кривизны и от типа граничного условия. Из всех границ импедансного типа максимальным коэффициентом связи обладает абсолютно жесткая граница. Таким образом, для повышения устойчивости отношения к нагрузкам, т. е. повышения стабильности рабочих параметров инструмента, надо выбирать такую форму концентратора, чтобы на границе искривленного участка создавался узел продольного и поперечного смещений и угла поворота сечения стержня. В предлагаемой конструкции жесткость в продольном направлении достигается за счет того, что длина прямой входной части концентратора равна четверти длины продольной волны на частоте возбудителя, а геометрические размеры выходной части удовлетворяют условию: ее входной механический импеданс равен бесконечности на рабочей частоте,Жесткость о 15 20 5 зо 35 40 45 50 55 60 достигается за счет того, что начало искривленной части находится близко к месту перехода ступенчатого концентратора. При этом отношение площадей входной 5, и выходной 5, частей достаточно взять большим четырех1 )42Технологически нельзя совместить место перехода и начало искривления выходной части концентратора из-за необходимости выполнять сопряжение в месте перехода. Наименьшая возможная длина прямого участка определяется минимальной величиной сопряжения и примерно равнамнн - 0,02 /2Угол изгиба выходной части заключен в пределах 0=0,8 - :3,2. Нижняя граница допустимого изменения угла изгиба обусловлена малой величиной связи между волнами продольного и изгибного типа при малых углах изгиба. При угле 0 Б= =0,8( 45) влияние нагрузки на рабочие параметры предлагаемого устройства такое же как на прототип с углом изгиба 0= = 1,6 (90). Верхняя граница изменения угла изгиба (0=3,2 ("-180) обусловлена практическими требованиями использования такого инструмента.Отношение длин выходной 1 и 1, входной частей ступенчатого концентратора, заключенное в пределах- =11 - :1 б1определяется следующим образом. Таккак длина входной части 1 равна четверти волны /=(л/2 Я), то приведенное соотношение 1// эквивалентно соотношению Ю= =1,7 - :2,4, где Л - волновое число, ограничивающее пределы изменения волновой длины выходной части, Если последнее соотношение не выполняется, величина агс 1 дЯ становится большей 75, т. е, в этом случае рабочий конец инструмента совершает преимущественно поперечные колебания. Это свидетельствует о том, что в искривленной части концентратора возбуждаются в основном изгибные волны и слабо продольные. А так как активный элемент (возбудитель) обеспечивает чисто продольное возбуждение входной части концентратора, то передача энергии от возбудителя к концентратору будет уменьшаться. Следовательно, под действием нагрузки будет резко снижаться амплитуда колебаний рабочего торца, что приведет к снижению качества обработки материалов.Инструмент может быть использован ваппаратах для сварки полимерных пленок, для обработки материалов в труднодоступных местах и для некоторых видов хирургических операций.878352 Формула изобретения Ю 1 = 1,1 - 1,6,Составитель Н. Бурбело Редактор Т. Кузнецова Техред А. Камышникова Коррсктор Т. Добровольская Заказ 1148/20 Изд.557 Тираж 581 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Чосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр, Сапунова, 2 Инструмент для ультразвуковой обработки материалов, содержащий возбудитель из пьезоактивного материала и ступенчатый концентратор с прямой четвертьволновой входной частью и выходной частью, имеющей прямой начальный и искривленный выходной участки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества обработки материалов путем повышения стабильности рабочих параметров инструмента, соотношение длин входной 11 и выходной 1 частей концентратора составляет отношение длины прямого участка 1 а выходной части к длине выходной части рав- но 1 зДв = 0,02 - 0,25,5 а угол изгиба 0 выходной части составляет 0 = 0,8 - 3,2 радиан.Источники информации,10 принятые во внимание при экспертизе1. Коленко В. М. Ультразвуковая микросварка. Минск, изд. Наука и техника,1977, с. 40 - 44.2. Патент США393013, кл. 310-26,15 1976 (прототип),