Инструмент для ультразвуковой сварки

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 23 К 20 10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ УЛЬТРАЗВУКОВ, (57) Из об ковой св является инструме ается ультразву. -изобретенияолговечности етение кки. Цельюовышениеа при со ви Фиг. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИГЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство ССФ 776764, кл. В 23 В 27/16,. 197(54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯСВАРКИ ЯОцв А 1 резонанса ультразвукового акустического тракта. Инструмент содержит стержень 1 и установленную под углом к его оси вставку (В) 2, которая утоплена в стержень под углом выбио раемым из неравенства 30 й ос60 а длина В выбрана из соотношения 1(0,01-0,25)1., где 1. - длина стержня, Выступающая часть В 2 сопряжена с поверхностями стержня 1 и образует рабочий торец инструмента. На выступающей части В выполнена площадка 3 с продольной канавкой 4, расположенной в одной плоскости с продольной осью направляющего отверстия 5 под проволоку 6. 2 ил.г2 1311888 1Изобретение относится к областисварки, а именно к оборудованию дляультразвуковой сварки.Целью изобретения является повышение долговечности инструмента присохранении резонансных характеристикакустического тракта (генератор, преобразователь, концентратор, инструмент со вставкой) эа счет согласования габаритных размеров вставки с 10габаритными размерами стержня инструмента и задания новых связей и расположения между ними.На фиг. 1 показан инструмент,общий вид рабочего торца, на фиг,2 - 15разрез стержня в плоскости оси рабочей части инструмента с износостойкойвставкой,Инструмент выполнен в виде стержня 1 с износостойкой вставкой 2, 20утопленной в тело стержня 1. Выступающая часть вставки 2 составляет0,01-0,02 своего объема и сопряженас поверхностями рабочего конца стерж 25ня 1 так, что образует рабочии торец инструментаНа выступающей части вставки 2 выполнена рабочая площадка 3 с продольной канавкой 4, расположенной в одной плоскости с продольной осью направляющего отверстия 5 под проволоку 6. Продольнаяось 00, вставки 2 наклонена и пересекается с продольной осью 00,стержня инструмента под углом М., зао,даваемым неравенством 30К - 60, 35Длина Х вставки 2 равна (0,01-0,25)М,где 1, - длина стержня, а поперечныйразмер Ь вставки 2 выбран из неравенства 1 ) 4 Ь,40Вставка 2 создает достаточно четкие границы между материалом стержня 1 и рабочей площадкой 3, препятствует выходу дислокаций в зонусцепления рабочей площадки 3 с проволокой 6, Наклонное расположение вставки 2 под углом С к оси стержня 1 повышает долговечность инструмента засчет частичной компенсации расшатывающего действия тангенциальных нагрузок на рабочую площадку 3 за счетуменьшения вероятности ее выпаданияв расшатанном состоянии под действием собственного веса и сил адгезии ее материала с материалом проволоки 6, а также за счет уменьшенияобъема неоднородности стержняВеличина объема неоднородностиЧ определяется выражением: где Б - площадь сечения стержня 1; 1 - высота неоднородностиАналогично определяется и расшатывающий момент Мх сил трения (фиг,2) который запишется в виде: Мх" Рх 1 х(2)Величина 1 х при наклонном расположении вставки 2 длиной 1 с углом 0 наклона ее оси к оси стержня 1 определяется выражением; 1= 1 соя М (3)Откуда видно, что и объем Ч и момент М х будут минимальны, еслио-х 90 . Разумно ограничить с,х условием отсутствия материала вставки 2 в элементах отверстия 5. Это значит, что вставка 2 своей нижней границей должна касаться точки М вершины заходного конуса отверстия 5. Расчеты показывают, что в этом слуочае угол .ГЩВ = 30 40 и тогда ОСмро = 90 - 30 40 = 60 (4) Экспериментальные значения для наиболее распространенных типоразмеров микросварочных инструментов показаоли значения с = 50-54 . Подставляя значения сс, = 54 в формулы объема Чх и момента Ми сравнивая их с полыми значениями (М, = О) при тех же значениях 1, получим, что и тот, и другой уменьшили свои значения в 1,7 раза. Однако в других типоразмерах инст-.румента, например в инструментах дляглубоких "колодцев" корпуса монтируемого прибора 7, вполне может оказаться значение оптимального об меньше 60 . Поэтому для определения знаочения сследует исходить из тогоусловия, что стенка вставки 2, обращенная к направляющему отверстию 5,должна образовывать подрезающийугол . АЯВ, Это условие необходимоучитывать,так как, если задать М мино90 - ВПАЯВ, то мягкий материалстержня 1 плохо подрезает проволокуна второй сварке и служит проводником для выхода дислокаций и другихдефектов в зону проволока 6 - рабочая.площадка 3,3 3888 Оптимальный подрезающий угол Л АЯВ к о должен равняться 60 . Следовательно, п-Создание естественных границ между вставкой 2 и стержнем 1 предполагает прессовую посадку, прочность которой будет достаточной, если выполняется соотношение; длина запрессованной части больше 4-5 ее диамет- О ров.Таким образом, оценки, приведенные в (4) и (5), доказывают справедливость выбранных границ угла с(, а условия прочности крепления прессовой посадки оправдывает выбор поперечного размера Ь вставки.Инструмент работает следующим образом.Стержень 1 инструмента закрепляют 20 за противоположный рабочему торцу конец в гнезде концентратора (не показан) сварочной машины. Проволоку 6 через направляющее отверстие 5 подают под рабочую площадку 3. Инструмент опускают и с помощью канавки 4 центрируют ее, прижимают к монтируемому прибору 7 и обжимают, После чего включают ультразвук, который распространяется по акустическому .тракту так, что рабочая площадка 3 инструмента совершает периодические колебания вдоль оси проволоки 6. За счет постоянной нормальной нагрузки, сжимающей инструмент 1, проволоку 6 и 35 монтируемый прибор 7, между поверхностями канавки 4 и проволоки 6 возникает сила трения покоя Р =А,где (а - удельная сила трения; А -поверхность мгновенного контакта взоне проволоки 6 - инструмент (зона с ), которая больше силы тренияпокоя Гв = Аз в зоне проволока 6монтируемый прибор 7 (зона В , фиг.2)45Разница между Рд и Р определяется тем, что при с, 4) в первые моменты деформации Ас,= 2 Ав. Поэтому в первый же моментприложения тангенциальной силы упругих колебаний стержня 1происходит срыв проволоки 6 по отношению к монтируемому прибору 7 и трение покоя Рб переходит в трениескольжения, меньшее Гв . Однако, хотяэта сила трения скольжения и мала,но она отлична от нуля, Поэтомуимеются достаточные условия для передачи УЗ энергии в объем проволоки 6, находящейся под инструментом оторая расшатывает.решетку материала роволоки 6. Этому же способствует и тепловая энергия трения скольжения проволоки 6 по прибору 7. Пластичность материала проволоки 6 повышается, деформация ее растет, инструмент 1 опускается, проволока 6 сминается, меняет свою. форму, причем таким образом, что возрастают площади контакта А и Аз. Следовательно, растут и силы трения Гаи Рву но Рь растет быстрее из-за того, что контактное трение скольжения вместе с пластическим течением и ростом А, стремящемся к Ад, приводит к образо 1 ванию мостиков схватывания, т.е. к росту удельной силы трения.уь по сравнению с уо , Рост Г увеличивает расшатывающий момент, действующий на вставку 2, и благоприятствует передаче УЗ энергии в решетку проволоки 6. Как известно, с ростом деформации растет сопротивление материала этому деформированию а с ростом контактных площадей Ад и Аь уменьшается давление на проволоку 6,Поэтому по мере роста деформации сопротивление деформированию и давление постепенно выравниваются и деформация прекращается. В этот момент Гд = Р Подбором времени действия ультразвукового импульса, величины нормальной сжимающей технологической нагрузки и акустической мощности добиваются такого положения, чтобы процесс сварки оканчивался вместе с прекращением деформации и выравниванием сил трения в контактных зонах.Наличие вставки 2 вносит неоднородность в акустический тракт, которая частично гасит колебания Чтобы компенсировать эти потери, приходится увеличивать входную мощность генератора. Это увеличение позволяет преодолеть пассивность системы при слабых воздействиях (в начале процесса сварки). Но по мере роста деформации жесткость системы растет, проводимость акустического тракта увеличивается и избыток мощности окадывается лишним, так как приводит к срыву инструмента 1 относительно проволоки 6. Он начинает проскальзывать, увеличивая вероятность сдвиговых деформаций и тем самым увеличивая вероятность адгезии материала проволоки 6 к рабочей площадке 3. Та131188 Инструмент для ультразвуковойсварки, содержащий стержень с наклонным направляющим отверстием для проволоки и износостойкую вставку с рабочим торцом, о т л и.ч а ю щ и й сятем, что, с целью повышения долгоечности износостойкая вставка уставечУо р 30 новлена под углом 30сС й 60 к продольной оси стержня, а длина вставки 1 выбрана из соотношения Р =(0,01-0,25) 1; где 1. - длинастержня инструмента,5ким образом, вставка, защищая своими границами рабочую площадку 3 от выхода на нее иэ объема стержня 1 дефектов решетки, являющихся центрами. адгезии материала проволоки 6 к инструменту 1, становится причинои другого вида процессов (сдвиговых), приводящих к той же адгезии.Уменьшить этот нежелательный эф-, фект можно, если заставить колебать- Ю ся вставку 2 как единое целое состержнем 1. Поэтому вставка 2 утоплена в тело стержня 1 с 987 охватом, ее поверхности. Кроме того, требуется, чтобы объем вставки 2 был значи тельно меньше объема рабочей части стержня 1. Однако с уменьшением объема вставки воэникают трудности с ее креплением. Поэтому размеры вставки должны быть минимально возможными 20 для уменьшения рассогласования акустического тракта и максимально допустимыми для обеспечения надежного креп ления ее в стержне 1.Экспериментально установлено, что согласованная относительная длина вставки 2 при ее диаметре В = 0,1- 0,20 мм составляет 0,01-0,25 длины стержня с учетом того,что она утонлена в его тело на глубину не менее 4 своих диаметров.Задание согласованной длины 1 вставки и связи между этой длиной и ее диаметром полностью определяют ее 8 6габариты. Положение вставки, задаваемое углом ю , связывает ее со стерж" нем инструмента.Предлагаемый инструмент позволяет за счет уменьшения расшатывающего момента и согласования габаритных размеров вставки с габаритными размерами стержня повысить долговечность микросваро ного инструмента в 4 раза Использование инструмента для ультразвуковой сварки с согласованной вставкой, расположенной наклонно к оси стержня, позволяет уменьшить расходы по выпуску инструмента, повысить производительность сварочных установок и увеличить время безотказной работы автоматических роботизированных комплексов сварки. Формула изобретения