Ультразвуковой многобойковый инструмент

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 80,1 О 974 2 з(И В 24 В 39 0 дПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о тГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР. ПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина(54)(57) 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МНОГОБОЙКОВЫЙ ИНСТРУМЕНТ по авт,св.9601143,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью интенсификации обработки,стержни охватывающие центральный,выполнены полыми и установлены коаксиально один в другом. 2. Инструмент по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, стержнивыполнены с поперечным сечением вформе многоугольника.3, Инструмент по пп.1 и 2,л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения технологическихвозможностей, по меньшей мере, одинстержень выполнен высотой, не равной высоте остальных стержней.4. Инструмент по пп.1-3, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, поменьшей мере, один стержень выполнентолщиной, не равной толщине остальных стержней,5, Инструмент по пп.1-4, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что рабочая поверхность стержнй и наборастержней выполнена сферической.1Изобретение относится к технологическому использованию ультразвука, в частности, к устройствам длядеформационной обработки поверхности металлических изделий и можетбыть применено в машиностроении,судостроении и в других отрасляхнародного хозяйства, например дляповышения надежности сварных изделийпутем упрочнения шва и околошовнойзоны и уменьшения остаточных сварныхнапряжений.По основному авт.св, 9601143известен ультразвуковой многобойковый инструмент, йключающий последовательно расположенные на одной осии акустически соединенные междусобой электромеханический преобразователь, волновод и набор однотипных бойков, бойки выполнены в видемонолитных цилиндрических стержнейс постоянным по их высоте поперечным сечением, установленных в произвольном порядке с возможностьювозвратно-поступательного движенияв полости цилиндрической обоймы,охватывающей боковую поверхность волновода со стороны его излучающего торца, Б этом устройстве бойки изготовлены из магнитного материала, а их акустический контакт с излучающим торцомволновода в процессе работы устройства осуществляется посредством электромагнита, размещенного в полости,образованной внешней поверхностьюволновода со стороны его излучающеготорца и внутренней поверхностью полойобоймы, установленной в стаканообразной направляющей, соединенной с боковой поверхностью волновода в его узловой плоскости (,1 3.40Недостатком известного устройстваявляются невысокие производительностьи качество, обусловленные выполнениембойков в устройстве с постоянным поперечным сечением, что позволяет45добиться более плотной их упаковкив наборе, но не максимально возможнойвследствие цилиндрической формы бойков (плошадь .излучающего торца волновода больше суммарной площади торцовбойков).Кроме того, устройство ограничено.в технологических возможностях, поскольку с его помощью невозможно обрабатывать поверхности в форме тел вращения (шарообразные и сферообразныевыступы или углубления, торцы цилиндрических ступенчатых изделий и т,п.) 1097482из-за конструкции и размеров бойковне представляется возможность их ремонта после некоторой выработки (формоизменения) поверхности рабочих торцов.Цель изсЮретения - интенсификацияобработки и расширение технологических возможностей.Поставленная цель достигается тем,что в ультразвуковом многобойковоминструменте стержни, охватывающиецентральный, выполнены полыми и установлены коаксиально один в другом.Расширение технологических возможностей устройства достигается тем,что стержни выполнены с поперечнымсечением в форме многоугольника.Причем, по меньшей мере, один изстержней выполнен с высотой, не равной высоте остальных стержней и/илис толщиной неравной толщине остальныхстержней, при этом рабочая поверхностьстержня и набора стержней выполненасферической.На Фиг.1 представлен ультразвуковой многобойковый инструмент, вертикальный разрез; на фиг.2 - сечениеА-А на фиг.1; на фиг.3-9 - вариантыкомпановки и выполнения набора бойков; на фиг,10 - вариант выполнения устройства для обработки изделий в потоке.Ультразвуковой многобойковый инструмент содержит источник ультразвуковых колебаний (фиг.1), состоящийиз жестко соединенных между собойэлектромеханического магнитострикционного преобразователя 1 стержневого типа, изготовленного из сплаваК, и цилиндрического ступенчатого волновода 2. Волновод с преобразователем соединен торцом своейбольшей ступени, изготовлен извысокопрочного магнитного материалаи выполнен с фланцем 3, расположеннымв пучности напряжений ульразвуковой волны, распространяющейся в волноводе. Электромеханический преобразователь 1 снабжен обмоткой возбуждения 4, подключенной к ультразвуковому генератору (не показан), и помещен в полый корпус 5, соединенныйс системой циркуляции охладителя(не показана) электромеханическогопреобразователя, например, технической воды,Рабочий элемент устройства образован электромагнитом 6, охватывающим боковую поверхность волновода 2,31097со стороны его излучающего торца,т.е. его меньшую ступень; стаканообразной обоймой 7, охватывающейэлектромагнит, в дне которой выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 8; набором бойков (Фиг.2), сос 5тоящим из монолитного центральногобойка 9 в виде цилиндрического стержня, установленного на оси источникаультразвуковых колебаний, и пусто Отелых бойков 10 в виде цилиндрическихколец, охватывающих центральныйбоек и последовательно друг друга;и полой втулкой 11, которая установлена в отверстии 8 обоймы 7, изготовлена из фторопласта, поддерживает электромагнит б,и Фиксирует его положениеотносительной боковой поверхностименьшей ступени волновода 2.Бойки 9 и 10 установлены в отверстии 8 стаканообразной обоймы 7, изготовленной из немагнитного материала,т.е. во втулке 11, с возможностьюосевого возвратно-поступательногодвижения относительно излучающеготорца волновода. При этом бойкиизготовлены из магнитного материалаи все имеют цилиндрическое, т.е. идентичное по форме, поперечное сечение,постоянное в своем значении по высоте.30бойков, которая превьппает толщинудна стаканообразной обоймы,Зазор между боковыми поверхностямибойков, необходимый для скольженияих друг относительно друга, в своеммаксимальном значении не должен превьппать О, 1 мм, а в оптимальном варианте должен быть равен 0,01-0,03 мм.оКоличество бойков в наборе определяется видом обрабатываемой поверхности и площадью излучающего торца волновода.Источник ультразвуковых колебаний,полый корпус 5 и рабочий инструментпосредством фланца 3 волновода 2 ипрокладок (на чертеже затушованы)герметично соединены между собой вединое целое.Устройство работает следующим образом.Перед началом его эксплуатацииосуществляют сборку рабочего инструмента, т.е. в зависимости от вида обрабатываемой поверхности компануютбойки 9 и 10 в единый набор, в данномслучае из бойков, имеющих одинаковыевысоту и толщину (обработка плоскойповерхности), который и устанавливаютв полость втулки 11, включая при этом 482 4электромагнит 6. Под воздействиеммагнитного поля, возникающего в электромагните при подаче на его обмоткупостоянного тока, бойки 9 и 10 притягиваются к излучающему торцу волновода 2, выполняющего Функцию сердечника электромагнита. Сила притяжениябойков выбирается в зависимости от ихмассы и составляет около 10-20 Н, чтопри площади излучающего торца волновода в 314 мм является достаточным длягобеспечения надежного акустическогоконтакта между волноводом и бойкамии для удержания бойков в полости втулки 11, После сборки рабочего инструмента в полый корпус 5 с помощью системыциркуляции подают техническую водудля охлаждения электромеханическогопреобразователя 1, создавая тем самымдля него оптимальный тепловой режимработы. Затем обработку возбуждения4 электромеханического преобразователя подключают к ультразвуковому генератору, например, к УЗГ-10, и, включая его, обеспечивают готовность устройства к работе,Переменное напряжение резонанснойчастоты, например, в 19,5 кГц, поступая с ультразвукового генератора наобмотку возбуждения 4 электромеханического преобразователя 1, создаетмагнитное поле, под воздействием которого электромеханический преобразова-тель возбуждается и начинает совершать колебания с ультразвуковой частотой вдоль своей продольной оси. Этиколебания передаются волноводу 2,а от него - бойкам 9 и 10, в результате чего они также начинаютсовершать колебания указанной частоты с амплитудой в 15-20 мкм,перемещаясь возвратно-поступательноотносительно излучающего торцаволновода в отверстии дна стаканообразной обоймы 7, т.е. в полостивтулки 11, предохраняющей бойкиот соударения со стенкой отверстия8. Причем вследствие того что боковые поверхности бойков контактируют между собой, перекос бойков пол,ностью исключается,и каждый из нихперемещается вдоль оси устройствастрого перпендикулярно к поверхности излучающего торца волновода.После сообщения бойкам 9 и 10колебаний ультразвуковой частотыих рабочие торцы, выступающие изстаканообразной обоймы, вводят вконтакт с поверхностью обрабатывае 1097482мого изделия, например, с около- шовной зоной сварного соединения.В процессе работы устройства. т.е, при его перемещении по обрабатываемому изделию, энергия удара каждого бойка, полученная им от источника ультразвуковых колебаний и значительно превышающая силу притяжения, развиваемую электромагнитом 6, расходуется на деформирование обраба тываемой поверхности и его упругий отскок.После окончания обработки изделия выключают ультразвуковой генеоратор, прекращают подачу охладите ля в полый корпус.5 и постоянного тока на обмотку электромагнита 6.Предлагаемое устройство (Фиг.1), может быть использовано и для обработки основания цилиндрического уг лубления в изделии, можно отнести выполнение бойков с поперечнымсечением в форме многоугольника (фиг.З и 4), что позволяет расширить сортамент обрабатываемых углублений 25 по форме их оснований. При этом следует отметить, что в данном случае отверстие 8 в стаканообразной обойме 7 как и во втулке 11 выполняется с аналогичной формой, причем излучаю-З 0 щий торец волновода также может иметь эту Форму, т.е. форму многоугольника,Выполнение же бойков, по меньшей мере одного из них с высотой,не равной высоте остальных бойков и/или с толщиной не равной толщине остальных бойков (Фиг,5-7) обеспечивает предлагаемому устройству возможность обработки широкого круга поверхностейв Форме тела вращения, а при выполнении рабочего торца каждого бойкарадиусным Ииг.8 и 9) и с шарообразной или со сферической поверхностью,Предложенное устройство по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, позволяет практически всю ультразвуковую энергию передавать в обрабатываемое изделие и за счет этого на 10-157 повысить производительность и качество обработки, обеспечив при этом глубину упроченного слоя в пределах 1,1-1,4 мм, .Кроме того, предлагаемое устройство обладает более широкими технологическими воэможностями, поскольку с его помощью можно обрабатывать шарообразные и сферообразные выступы или углубления, торцы цилиндрических ступенчатых изделий и т.п. наравне с обработкой плоской поверхности (околошовная зона сварного соединения). К тому же форма бойков (кольцо) после некоторой выработки (формоизменения) поверхности их рабочих торцов представляет возможность без использования каких-либо приспособлений, непосредственно, например на шлифовальном станке, "отремднтировать" сразу весь набор бойков, .что совершенно невозможно сделать с набором бойков известного устройства.1097482 ЧБвяР 1 Составитель М ЛасточкинаРедактор К. Волощук Техред И. Метелева Корректор С,Шекма ПодписиССР илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 4113/14НИИПИ Государс по делам изоб3035, Москва,Тираж 737енного комитета Стений и открытий35, Раушская наб., д.