Акустический волновод для волочения металла с применением ультразвуковых колебаний Советский патент 1984 года по МПК B21C3/00 

/г генератору

17

(рие.1 Изобретение относится к металлур гической прогфшшенностн и может быт использовано при волочении труб. Известны акустические волноводы для ультразвукового волочения, в ко рых волочильный инструмент устанавливается под углом.К направлению ра ространения ультразвуковых колебаний I J, Данные устройства передают акустическую энергию на волочильгп 1Й инс румент и, тем , ннтенсийицирую процесс волочения. Однако из-за тог что усилие волочения направлено под углом к распространению ультразвуко вых колебаний в данных системах про ходит не полное использование акус ческой энергии, вследствие чего при нение этих волноводов при волочении мало эффективно. Известно устройство для волочения проволоки, содержащее несколько волок и виброгенератор, соедииенньй с держателем волок. Каждая волока укреппяется на конце одного из звен ев волновода. На конце звена волновода выполнено отверстие для прохо дения проволоки, расположенное на , одной прямой с осью волочения .2, Недостатками данного устройства являются значительное рассеивание акустической энергии вследствие того , что на конце звена-волновода вы полнено отверстие для прохождения проволоки, кроме того, потеря энергии происходит- в результате отражения на границах звеньев из-за большого их числа. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае1-юму результату является акустический волновод волочения металла с Орш-юнением ультразвуковых колебаний, состоящей из двух цилиндричес ких участков, сопряженных с тороидальным участком,длины которых по оси кратны целому числу полуволн, причем в одном из цилиндрических участков выполнено осевое отверс тие дпя установки волоки f3 } Данный волновод характеризуется значительным рассеиванием акустической энергии, вследствие того, что сквозное отверстие дпя подачи обрабатьшаемого металла захватывает часть изогнутого цилиндрического /участка. Кроме того, система нуждается в дополнительном согласовании с генератором, из-за отражения ульт 9 развуковых волн от отверстия, которое выводит акустическую систему с генератором из резонанса в процессе волочения. Цель изобретения - уменьшение потерь акустической энергии в волноводе. Поставленная цепь достигается тем, что в акустическом волноводе для волочения металла с применением ультразвуковых колебаний, состоящем из двух цилиндрических участков, сопряженных с тороидальным участком, дпины которых по оси кратны целому числу полуволн, причем в одном из цилиндрических участков выполнено осевое отверстие для установки волоки, в волноводе по ходу волочения выполнен сквозной прямоугольный паз шириной, равной диаметру осевого отверстия, и двухполяволновой длины, при 3TOfi расстояние от поперечной стенки паза до любого торца волновода равно четверти длины ультразвуковой волны. Предлагаемая конструкция волновода позволяет избежать потерь ультразвуковой энергии, так как переходы от тороидальных к цилиндрическим участкам осуществяегЫ в узловых плоскостях, т.е. в местах, где амплитуда колебаний равна нулю, На ||иг. 1 изображен акустический волновод, осевой разрез; на фиг.2 то же, вид сверху; на (|иг, 3 - разрез А-А на 4иг.2; на фиг. 4 - эпюра колебаний. Акустический волновод состоит из двух полуволновых цилиндрических участков 1 и 2 и тороидапьного участка 3. 1Ц1ЛИНдрический участок 1 имеет поса- дочное место под волочиль№1й инструмент 4, фпанец 5 дпя крепления акустической системы к люнету волочильной цепи, сквозное осевое отверстие 6. На тороидальном участке 3 и частях цилиндрических участков 1 и 2, прилегающих к тороидальному 3, выполнено окно 7 резонансной дпины равной длине ультразвуковой волны, шириной равной диаметру осевого отверстия 6 и оканчивающееся в пучностях напряжений 8 и 9 цилиндрических участков 1 и 2. Окно 7 делит тороидальный участок 3 и части цилиндрических участков 1 и 2 на два симметричных резонансной дпины стержня 10 и 11, поперечное сечение которых представляет собой кругоиле сегменты 12 и 13. С помо1ЦЫО отверстия 14 акустический волновф крепится к магнитострикционному преобразователю 15, В волноводе размещена волока 16, через которую осуществляется волочение труб 17.

Принцип работы акустической систеМ) для ультразвукового волочения труб, в которой акустический волновод служит для передачи и концентрации энергии на деформируемый участок трубы, заключается в следующем.

Электрическая энергия высокочастотных колебаний генератора трансформируется магнитострикционным преобразователем 15 в акустическую энергию, которая в виде ультразвуковых волн определенной частоты распространяется по волноводу от цилиндрического участка 2, через тороидальный 3 и цилиндрический 1 к волочильному инструменту - волоке 16, через который к деформируемому участку трубы 17. Эта энергия ультразвуковых волн и уменьшение трения между волокой 16 и трубой 17 улучшает деформирование и качество поверхности труб.. Кроме того ультразвуковые волны, отражаясь от

8 фиг.2

конца волновода, в котором установлена волока 16 участка 1, расщюстраняются в обратном направлении к преобразователю 9, проходя через резонансные стержни 10 и 11. Вследствие того, что акустический волновод выполнен резонансным (по его длине укладывается целое число полуволн) и HJMeaeние поперечных размеров волновода осуществляется в пучностях иапряже(ний 8 и 9 цилиндрических участков 1 и 2 (в зонах с ьмнимальной амплитудой колебаний) в волноводе образуется стоячая волна, которая значительно уменьшает потери акустической энергии. При действии нагрузки, создаваемой усилием волочения, акустическая система в этом случае не требует дополнительного согласования с генератором.

Предлагаемое изобретение увеличивает эфАективность использования акустической энергии на 20-25% по сравнению с прототипом и улучшает качество поверхности труб (полное исключение задиров и рисок на поверхности).

10

/f

А -А

/5

фиг.Ъ

АКУСГИ ШСКИЙ ВОПНОВОД ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛА С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ГОЛЕВАШ Й, состоящий из двух лшлиндрических участков,сопряженных с тороидальным участком, длины которых по оси кратны целому числу полуволн, причем один из цилиндрических участков имеет осевое отверстие для установки волоки, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь акустической энергии, в волноводе по ходу волочения выполнен сквозной прямоугольный паз шириной, равной диаг№тру осевого отверстия, и двухполуволновой длины, при этом расстояние от поперечных стенок паза до любого торца волновода. равно четверти длины ультразвуковой волны.