Устройство для ультразвуковой обработки твердых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 801282942 б 9 4 В 21 0 28/14 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1 3ьи К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 2ческий институтИ. Браиловский др. Листовая штаминск: Наука и техЮ Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к электрофизическим методам обработки, где наряду с введением сил деформирования в очаг деформации вводят энергию ультразвуковых колебаний, Изобретение позволяет снизить расход энергии путем исключения влияния технологического усилия на эффективность1ввода ультразвуковой энергии в очаг формообразования. Волновод-инструмент поджимают к заготовке со строго дозированным усилием, которое поддерживают постоянным. Одновременно с вводом энергии ультразвука формообразование производят деформирующим инструментом, функционально не связанным с вводом энергии ультразвуковых колебаний в заготовку. 2 ил.Изобретение относится к электрофизическим методам обработки, в которых формообразование поверхности деталей производится не только за счет деформирования, но и с введением наряду с этими силами в очаг формообразования энергии ультразвуковых колебаний, в частности к обработке материалов давлением с применением энергии ультразвука для ее интенсификации.Целью изобретения является снижение энергосиловых параметров.На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг, 2 - рабочая зона этого устройства.Устройство представляет собой штамповый блок, в котором смонтировано на верхней 1 и нижней 2 плитах средство для формообразования и ввода энергии звуковых колебаний в очаг формообразования, выполненное соответственно в виде волновода-инструмента 3 и пуансона 4, деформирующий инструмент, выполненный в виде матрицы 5, закрепленной на дополнительной плите 6, и прижим 7, закрепленный на дополнительной плите 8. Матрица 5 и прижим 7 направляются относительно нижней плиты 2 штамповочного блока колонками 9. Волноводинструмент 3, соединенный с источником продольных ультразвуковых колебаний-магнитостриктором О, направляется относительно верхней плиты 1 штампового блока направляющими 11.Дозированное усилие поджима волновода-инструмента 3 к заготовке 12 создается сменными грузами 13. Деформирующее усилие передается на матрицу 5 и пуансон 4 при помощи толкателей 14. Пружины 15 служат для зажима заготовки в штампе, пружины 6 - для обеспечения доступа в межштам повое пространство,Заготовку 12 устанавливаютв прижиме 7 и фиксируют в необходимом положении относитель,о матрицы 5. Рабочий ход устройства осуществляется при перемещении верхней плиты 1 штампового блока вниз.Волцовод-инструмент 3 при перемещении плитывоздействует на заготовку 12. Контакт между волноводом-инструментом 3 и заготовкой 12 осуществляется по поверхности сопряжения контактирующих тел В. Через поверхность контакт заготовки 12 с прижимом 7 (ПР) воздеиствие волноводаинструмента на заготовку передается на прижим 7 и пружины 15.Волновод-инструмент 3 движется вместе с плитой 1 до тех пор, пока вес системы 3 - 10 - 13 не будет, уравновешен реакцией пружин 15, а затем при дальнейшем перемещении плиты 1 начинает двигаться относительно нее в обратную сторону, перемещаясь по направляющим 11 под действием реакции пружин 15 (усилие, которое должны создавать пружины 15 для прижима заготовки в процессе вырубки-пробивки, опре 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 деленное из условия приемлемого качестваизделий, всегда больше, чем эффективноеусилие поджима волновода-инструмента кзаготовке).При этом волновод-инструмент 3 воздействует на заготовку 12 по поверхности В сдозированным заранее выбранным усилием,регулируемым сменными грузами 13.При дальнейшем перемещении плиты 1толкатели 14 соприкасаются с дополнительной плитой 6, и, перемещая ее по направляющим колонкам 9, сжимают пружины 16и 15,при этом осуществляется зажим заготовки между матрицей 5 и прижимом 7 поповерхности сопряжения соответственно Ми ПР.Затем в момент контакта заготовки 12с пуансоном 4 по поверхности П включаютколебания и осуществляют вырубку-пробивку путем смещения в направлении движения верхней плиты 1 штампового блока части заготовки, зажатой между матрицей 5и прижимом 7 по поверхностям М и ПР,относительно части заготовкизажатой между волноводом-инструментом 3 и пуансоном4 по поверхностям В и П, т. е, процесс вырубки-пробивки осуществляют смещениемзаготовки 12 относительно режущих кромокпуансона 4 и матрицы 5.Таким образом, технологическое усилиеразделения воспринимается элементами деформирующего инструмента - штампа:пуансоном и матрицей, в то время как волновод-инструмент в процессе деформирования остается поджатым к заготовке 12 сзаранее выбранным усилием, которое поддерживают постоянным путем использования сменных грузов 13.Конструктивно устройство регулирования усилия поджима волновода-инструментак заготовке может быть выполнено, например, и в виде упругого элемента (элементов)с соответствующим выбором характеристикиили в виде гидравлической или пневматической системы с обратной связью и т. и.После завершения процесса вырубки-пробивки выключают колебания, штам повыйблок размыкают и все элементы устройстваприходят в исходное положение.На данном устройстве проводили пробивку отверстия диаметром 1,2 мм в гетинаксе ГФ-35-1,5 ГОСТ 10316-78. Двухсторонний зазор между пуансоном и матрицейсоставлял 0,06 мм, т. е. 4/О от толщины пробиваемого материала,В качестве источника электрическихультразвуковых колебаний использовалиультразвуковой генератор УЗДН,4 мощностью 400 Вт, а источником механическихколебаний являлся магнитострикционныйпреобразователь с удельной акустическоймощностью до 100 Вт/см. Волноводная система, рассчитанная с учетом реакции нагрузки, обеспечивала на рабочем торце волново5 1 О 5 формула изобретения да-инструмента амплитуду 25 мкм с поджатием последнего к заготовке при замыкании штампа с усилием 3 кгс за счет сменных грузов. Величину усилия поджима определяли экспериментально из услОвия достижения максимальной эффективности использования ультразвука в данном технологическом процессе. Основным показателем эффективности процесса ультразвуковой вырубкипробивки является потребное усилие деформирования, величина которого, в свою очередь, определяет качество получаемых изделий, долговечность инструмента, экономичность и производительность процесса.УЭ = (-ф " ) х 100%ассргде се - удельное усилие деформированиябез применения ультразвука;р - удельнос усилие деформирования сультразвуком.В дяцпом слу,а" максимальная эффективность процесса достигается при усилии цоджимя волцоводя-ицструмецта к заготовке достапгочцом и цсобходимом для создациц церяскрыцдюгцегося акустического контакты в цроцсссс деформирования.Устройство у ст андвливали на испытательную мяцицу Р,5. При скорости процесса деформировяцця 1 мм/с усилие деформировация, рсггистоцруемое месдозой и силоизмсрителем мдщицы, составило 6 кгс, что за вычетом цротизодявлеция поджима волцоводя-инструмента к заготовке с усилием 8 кгс соответствует сопротивлению материала ця срсз о;., =-= 0,5 кгс/мм (без учета усилия цротиводявлеция, т. е. усилия поджимд волцоводя-инструмента к заготовке).ЭффективцосФь процесса, определенная цо приведенной формуле, составила (Тр для исследус мого материала составляет 12 кгс,мм" ): 1- , ) 100 о/ = 95,8%. .12 В случае соцмссцеция технологического и акустического инструментов, т. е. при подаче ультразвуковых колсбаний непосредственно ца деформирующий инструмент (устройство-прототип) црц цробивкс с идентичными техцологическ: сц параметрами, усилие пробивкцосгаьило 6,6 кгс, что соответствует сопротивлению материала на срез 1,17 кгс/ /мм. Эффективность процесса при той же мощности ультразвуковых колебаний составила только с)0,2 о/о.Снижение эцергосиловых затрат при реализации предлагаемого устройства по сравне 20 25 30 35.40 45 50 нию с прототипом обусловлено уменьшением потерь энергии ультразвуковых колебаний в волноводной системе за счет исключения влияния деформирующего усилия на эффективность ввода энергии ультразвука в очаг формообразования.Предлагаемое устройство для ультразвуковой обработки твердых материалов гарантирует эффективную работу акустической колебательной системы на любой стадии произвольного демонотонного процесса формообразования деталей, например, вырубкипробивки, что обеспечивает разделение материала в условиях чистого среза с минимальными потерями ультразвуковой энергии и исключает дефекты, получаемые при штамповке известными способами, такие как расслоения, сколы и т.д. Устройство для ультразвуковой обработки твердых материалов, содержащее установленное на верхней и нижней плитах средство для формообразования и ввода энергии ультразвуковых колебаний в очаг формообразования, а также матрицу, отличающееся тем, что, с целью снижения энергосиловых параметров, оно снабжено двумя направляющими колонками, установленными на нижней плите, установленными на направляюших колонках двумя дополнительными плитами, первая из которых подпружинена относительно нижней плиты, а вторая - относительно первой дополнительной плиты, уравновешиваюшей системой, выполненной в виде пластины, размешенной на верхней плите с возможностью возвратно- поступательного перемещения относительно цее в направляюгцих, смонтированных на этой плите, и сменных грузов, установленных на пластине с возможностью совместного с ней перемешения по направляющим, а также толкателями, установленными на верхней плите с возможностью взаимодействия с первой дополнительной плитой, причем матрица установлена между дополнительными плитами по оси давления устройства, а средство для формообразования и ввода энергии ультразвуковых колебаний в очаг формообразования выполнено в виде двух раздельных инструментов, установленных по оси давления устройства с возможностью встречного перемещения, причем инструмент, предназначенный для ввода энергии ультразвуковых колебаний в очаг формообразования, жестко закреплен на пластине уравновешиваюшей системы,. 1 г на рственного к 035, Москва о-полиграфи Редактор А. ЛежЗаказ 7327/6ВНИИПИ Госуд11Производствен Составитель Техред.И. Ве Тираж 73 омитета СССРЖ - 35, Рау еское предприя М. Тарлавскаярес Корректор М. ДемчикПодписноепо делам изобретений и открытийшская наб., д. 4/5тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4