Устройство для ультразвуковой сварки

(53) УДК 621.791. .16.037 (088,8) по лелем иэееретеиий и еткрмтийА. М. Григорьев, В. Г. Крючок и И. П. Янович Белорусский научно-исследовательский ин ститу травматологии и ортопедии(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ Изобретение относится к обработке материалов ультразвуком и может найти применение в инструментальном производстве для сварки, пайки и в медицине, например, для обработки и сварки костных тканей.Известно устройство для ультразвуковой сварки, состоящее из преобразователя, соединенного с волноводом продольных колебаний и инструмента для изгибных колебаний, В известном устройстве для получения больших амплитуд колебаний на торце инструмента требуется значительная мощность ультразвуковой энергии или высокий коэффициент трансформации волновода 1. Однако такие приемы снижают чувствительность устройства, допустимые усилия нагружения, увеличивают потери энергии в материале волновода, кроме того, данное устройство не обеспечивает получение на рабочем торце одновременно нескольких видов колебаний в резонансном режиме.Известно устройство для ультразвуковой обработки, содержащее преобразователь с присоединенными к нему волноводами С-образной формы и установлен инструмент в плоскости трансформаторов, торцы которых смещены вдоль оси инструмента на расстояние, кратное четверти длины волны изгибных колебаний 2. Недостатком известного устройства является присутствие в зоне обработки только изгибных колебаний, что снижает эффективность устройства.Наиболее близким к изобретению явля 1 о ется устройство для ультразвуковою сварки,содержащее преобразователь, волновод в виде вилки с верхним и нижним зубцами, имеющими различные коэффициенты трансформации, и сварочный инструмент, закрепленный в отверстиях зубцов в пучности колебаний 3.Недостатком известного устройства является низкое качество сварки.Цель изобретения - повышение качествасварки за счет одновременного выделения на рабочем торце сварочного инструмента объемных изгибных и крутильных колебаний.Поставленная цель достигается тем, чтов устройстве для ультразвуковой сварки, содержащем преобразователь, . волноводв виде вилки с верхним и нижним зубцами,имеющими различные коэффициенты трансформации, и сварочный инструмент, закрепленный в отверстиях зубцов в пучности колебаний, на торце нижнего зубца выполнена прорезь, соединенная с отверс 5тием, при этом поверхности зубца, образующие прорезь, расположены под углом коси инструмента и части зубца по обе стороны от прорези имеют коэффициент трансформации, не равный единице. 1 ОНа чертеже изображено устройство дляультразвуковой обработки,Устройство содержит преобразователь 1,волновод 2 в виде вилки с зубцами 3, 4 и 5,имеющими различные коэффициенты трансформации и закрепленный в них инструмент 6, в котором один из зубцов выполненс прорезью 7 в направлении его длины вплоскости оси инструмента, закрепленногобоковой поверхностью в пучностях колебаний противоположных граней 8 и 9 прорези , разделяющей зубец на две части 4 и 5с отношением коэффициентов трансформации, не равным единице; точки а и Ькрепления боковой поверхности инструментас гранями 8 и 9 прорези смещены в направлении его оси на расстояние, кратное четверти длины волны 9 з изгибных колебаний,распространяющихся в инструменте. Начертеже также приведена эпюра колебаний,распространяющихся в волноводе с длинойволны л, и инструменте (визг).Устройство работает следующим образомУльтразвуковые колебания от преобразователя 1 по волноводу 2 передаются череззубцы 3, 4 и 5 на инструмент 6, Инструмент 6может быть выполнен и крестообразнымдля увеличения угла его закручивания зуб- З 5цами 4 и 5, Ультразвуковые колебания вызывают различные относительно инструмента смещения зубцов 4 и 5, что приводитк возникновению в, инструменте 6 крутильных колебаний. При этом смещение в плоскости инструмента точек его крепления к 40боковым граням 8 и 9 зубцов приводит кпоявлению изгибных колебаний в плоскостиперпендикулярной оси волновода.Поскольку зубцы 4 и 5 имеют различныекоэффициенты трансформации, т. е. амплитуды колебаний в месте крепления инструмента, то при изгибе инструмента в плоскости ьдоль оси волновода он еще изгибаетсяи в перпендикулярной плоскости. При относительном рассмотрении смещения граней 8и 9 следует, что грань, например 8, остается неподвижной, а грань 9, соединенная с боковой поверхностью инструмента 6,осуществляет его скручивание.При этом смешение крепления инструмента в гранях 8 и 9 на расстояние, кратное четверти длины волны изгибных колебаний определяет величину амплитуды изгибных колебаний в плоскости перпендикулярной оси волновода. Так как грань 8, например, при относительном смещении принята неподвижной, а грань 9 совершает перемещение, то ее движение происходит в направлении Я, т. е. приводит к сближению граней 8 и 9 и изгибает инструмент в плоскости перпендикулярной оси волновода. Амплитуда колебаний в этой плоскости не симметрична. Симметричной она становится в том случае, если зубцы 4 и 5 изготовлены из материалов с разным коэффициентом трансформации, но с противоположным смещением.Применение данного устройства позволяет увеличить прочность соединений,Формула изобретенияУстройство для ультразвуковой сварки, содержащее преобразователь, волновод в виде вилки с верхним и нижним зубцами, имеющими различные коэффициенты трансформации, и сварочный инструмент, закрепленный в отверстиях зубцов в пучности колебаний, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварки за счет одновременного выделения на рабочем торце сварочного инструмента объемных изгибных и крутильных колебаний, на торце нижнего зубца выполнена прорезь, соединенная с отверстием, при этом поверхности зубца, образующие прорезь, расположены под углом к оси инструмента и части зубца по обе стороны от прорези имеют коэффициент трансформации, не равный единице.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Рыдзевский А. П. и др. Ультразвуковая сварка в микроэлектронике. Обзорыпо электронной технике. Сер. Технология,организация производства и оборудования,М., ЦНИИ Электроника, 1974, вып. 7 (234)с. 5,2, Авторское свидетельство СССР510338, кл. В 23 К 20/00, 1974.3. Авторское свидетельство СССР654126, кл, В 23 К 20/10, 1975 (прототип),Ка витель ВИ. Верес153 нц го комиий и от аушскаяжгород, у едактор Г. Гербераказ 7186/16ВНИИПИ Госупо делам113035, Москва,Филиал ППП Пате СостТехредТираждарственнизобретеЖ - 35,нт, г, У Корректор А. ФПодписноеета СССРкрытийнаб., д. 4/5л. Проектная, 4