Устройство для ультразвуковой резки твердых материалов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 621.791 , 16.03 (088.8) Опубликовано 30.12.82. Бюллетень48Дата опубликования описания 05.01,83 ле делам изебретелнй и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РЕЗКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ1Изобретение относится к обработке твер-, дых материалов с наложением ультразвуковых колебаний и может быть использовано для резки металлов, пластмасс, а также в медицине при рассечении костных тканей.Известно устройство для обработки твер дых материалов, содержащее преобразователь с присоединенными к нему трансформаторами, загнутыми один навстречу другому, причем торцы трансформаторов смещены один относительно другого и связаны с инструментом 11.Недостатком этого устройства является введение в зону обработки только однородных колебаний. В случае обработки инструментом это не обеспечивает необходимой интенсивности процесса. 15 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для ультразвуковой резки твердых материалов, содержащее преобразователь ультразвуковых колеба ний, соединенный с двумя волноводами С-образной формы, между которыми расположен режущий инструмент, закрепленный на конце одного из волноводов 2. Недостатком известного устройства является то, что в инструменте, закрепленном между торцами волноводов, возбуждаются однородные продольные колебания и при врезании в материал происходит заклинивание лезвия инструмента, кроме того, имеют место значительный нагрев зоны резания, что крайне нежелательно при рассечении костных тканей, поскольку вызывает прижоги.Цель изобретения - исключение заклинивания инструмента в зоне резания и снижение нагрева этой зоны.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой резки твердых материалов, содержащем преобразователь ультразвуковых колебаний, соединенный с двумя волноводами С-образной формы, между которыми расположен режущий инструмент, закрепленный на конце одного из волноводов, режущий инструмент выполнен в виде дисковой пилы, диаметр которой соответствует нечетному числу длин полуволн радиальных колебаний, распространяющихся в ней и соединенной с волноводом в центральной ее части, а конец другого волновода выполнен в виде рупора, концен 9847 б 9трично закрепленного своим большим основанием на торце дисковой пилы, при этом диаметр основания соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы, а длинз. боковой образующей кратна четверти длины волны колебаний, распространяющихся в волноводе.Кроме того, центральная часть дисковой пилы выполнена в виде плоской упругой мем бра ны, диаметр которой соответствует диаметру большего основания рупора.На чертеже изображено предлагаемое устройство для ультразвуковой резки твердых материалов,Устройство содержит преобразователь 1 ультразвуковых колебаний, С-образные волноводы 2 и 3, между которыми закреплена дисковая пила 4, причем торец волновода 2 соединен с ее центральной частью непосредственно, а торец волновода 3 посредством рупора 5, закрепленного концентрично на торце пилы 4 большим основанием. Рупор 5 имеет прорези 6, расположенные под углом к оси волновода 3.Диаметр дисковой пилы соответственно выбирают равным нечетному числу длин полуволн радиальных колебаний, распространяюшихся в ней, а диаметр большего основания рупора соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы 4, а длина боковой образуюшей кратна четверти длины волны колебаний, распространяющихся в волноводе, Центральная часть пилы 4 может быть выполнена в виде плоской упругой мембраны 7, диаметр которой соответствует диаметру большего основания рупора.Устройство работает следующим образом.Устанавливают устройство так, чтобы лезвие дисковой пилы 4 касалось поверхности обрабатываемого материала. После этого в системе (преобразователь 1 - волноводы 2 и 3 - инструмент 4) возбуждают ультразвуковые колебания и прикладывают рабочую нагрузку через волноводы - инструмент к обрабатываемой зоне.При продольном возбуждении стержнейволноводов 2 и 3 на поверхнОсти дискового инструмента 4 возникают радиальные смещения, причем эти смещения удваиваются от воздействия продольных колебаний волновода 2 и от воздействия колебаний рупора 5, закрепленного в пучностях радиальных смещений дискового инструмента. При этом в зависимости от толшины полотна дисковой пилы амплитуда радиальных смещений на режущем лезвии диска приближается к амплитуде продольных смещений волноводов. При выполнении симметричной системы, т. е. волноводов 2 и 3 одинаковой длины, их торцовые поверхности соответственно смешаются в противоположные стороны.При этом зоны крепления дисковой пилы 4 имеют удвоенное относительное смешение и при выполнении центральной частиФормула изобретения 35 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 ее упругой, возникают механические изгибные колебания на режушей кромке, вызываюшие боковое ее смешение в зоне резания и тем самым предотврашается заклинивание пилы.Выполнение прорезей в рупоре, расположенных под углом к его оси, позволяет при возбуждении продольных колебаний получить составляющую крутильных колебаний. При этом изменением угла наклона прорезей можно получить различное соотношение между продольной и крутильной составляю- шими колебаний.Изобретение обеспечивает выделение в зоне резания радиальных смещений с удвоенной амплитудой смешения механических изгибных колебаний с удвоенным смещением от торцов волноводов и крутильных колебаний, что способствует интенсификации процесса обработки, повышению производительности и устранению заклинивания режушего, инструмента в зоне резания. Кроме того, введение смещений различного характера и наличие бокового смешения режущей кромки устраняет застой материала в зоне резания, сокращает время контактирования в микрозонах обрабатываемого материала с режущей кромкой инструмента, что снижает уровень теплового воздействия на прилегаюшие зоны обрабатываемого материала. Это важно при использовании устройства для рассечения костных тканей, так как устраняются прижоги по их участкам, что может благоприятно сказываться на последующем их сращивании. 1. Устройство для ультразвуковой резки твердых материалов, содержащее преобразователь ультразвуковых колебаний, соединенный с двумя, волноводами С-образной формы, между которыми расположен режуший инструмент, закрепленный на конце одного из волноводов, отличающееся тем, что, с целью исключения заклинивания инструмента в зоне резания, снижения нагрева этой зоны, режущий инструмент выполнен в виде дисковой пилы, диаметр которой соответствует нечетному числу длин полу- волн радиальных колебаний, распространяюшихся в ней, и соединенной с волноводом в центральной ее части, а конец другого волновода выполнен в виде рупора, концентрично закрепленного своим большим основанием на торце дисковой пилы, при этом диаметр основания соответствует нечетному числу полуволн радиальных колебаний дисковой пилы, а длина боковой образуюшей кратна четверти длины волны колебаний, распространяюшихся в волноводе.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральная часть дисковой пилы выполнена в виде плоской упругой мембраны,984769 ель И. ХВерес53 едактор А. Власенкаказ 10037/18 ешетни твенного к ретений и 35, Раув г. Уж горо диаметр которой. соответствует диаметрубольшего основания рупора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 5 Состава о Текред И Тираж 1 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Ж -иал ППП Патент,1. Волков С. С Орлов Ю. Н., Черняк Б. Я, Сварка пластмасс ультразвуком. М., Химия, 1974, с. 17 - 19,2. Волосатов В. А. Ультразвуковая обработка, Лениздат, 1975, с. 45 - 46. пуноваКорректор ГПодписноеомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5д ул Проектная