Устройство для ультразвуковой обработки материалов Советский патент 1992 года по МПК B06B3/00 

Изобретение относится к устройствам для обработки материалов с наложением ультразвуковых колебаний на инструмент, в частности для сверления, развертывания и нарезания резьбы в труднообрабатываемых материалах.

Известны различные конструкции ультразвуковых устройств для сообщения обрабатывающему инструменту ультразвуковых колебаний заданной частоты и амплитуды, которые являются основными параметрами процесса ультразвуковой обработки. При этом стремятся обеспечить минимальные потери энергии, путем получения хорошего акустического контакта соединяемых деталей, которые передают ультразвуковые колебания инструменту. С этой целью был

разработан широкий спектр различных способов и устройств для крепления инструмента к концентратору (1). Наиболее совершенным, с точки зрения минимальных потерь энергии, является неразъемный вид соединений (сварка и др.). Однако, эти методы не получили широкого применения, т.к. инструмент быстро изнашивается и требуется его замена, как правило вместе с концентратором. Наиболее широкое распространение получили разъемные способы крепления инструмента, в частности, резьбовое крепление инструмента и концентратора (2). Установлено, что крепление инструмента посредством резьбы с мелким шагом обеспечивает хороший акустический контакт между концентратором и инструХ| V

ы

о о

ментом. Однако, недостатком таких конструкций является изготовление и применение специального инструмента.

Известно также устройство для ультразвуковой обработки материалов (3), принятое за прототип, в котором инструмент крепится с помощью цанги и накидной гайки. Данное устройство обладает следующими важными преимуществами:

-возможность использования стандартного осевого инструмента (сверл, метчиков и др.),

-позволяет осуществлять быструю смену инструмента (что особенно проявляется при нарезании резьбы комплектом метчиков),

-благодаря использованию набора цанг с различными отверстиями под соответствующий типоразмер инструмента возможно осуществление обработки для широкой номенклатуры обрабатываемых деталей (отверстий), например, нарезание резьб МЗ-М12. Однако, серьезным недостатком данной конструкции является то, что конусная поверхность в концентраторе и цанге рассеивает (отражает) энергию, т.к. является концентратором с обратной конусностью, т.е. вершина конуса или меньший диаметр обращены в сторону пьезокерамического элемента, а для концентрирования энергии ультразвуковых ко- лебаний применяют различные концентраторы, но меньший диаметр всегда расположен в сторону режущей части инструмента, в котором стремятся сконцентрировать энергию, т.е. получить максимальную амплитуду колебаний. Вследствие отражения волн от конусной поверхности цанги, происходит ее рассеивание, возникновение пучностей и, как следствие, сильный нагрев этой части концентратора и гайки, т.е. имеется значительная потеря энергии ультразвуковых колебаний.

Целью изобретения является повышение КПД устройства за счет уменьшения потерь энергии ультразвуковых колебаний.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой обработки материалов содержащем частотопонижаю- щую накладку, стрежневой концентратор с цилиндрическим углублением, выполненным со стороны его торца меньшего диаметра, пьезокерамический элемент с электродами, расположенный между часто- топонижающей накладной и торцом концентратора большего диаметра, прижимную гайку, навинченную на концентратор со стороны его торца меньшего диаметра, рабочий инструмент, один конец которого закреплен в цилиндрическом углублении концентратора через цангу, торец цанги максимального диаметра контактирует с дном цилиндрического углубления концентратора,междустенками

цилиндрического углубления концентратора и наружными боковыми стенками цанги установлена введенная нажимная втулка, один из торцов которой опирается на поверхность прижимной гайки, а форма боковых

поверхностей повторяет форму контактирующих с ними поверхностей цилиндрического углубления концентратора и цанги соответственно.

На чертеже представлено устройство

для ультразвуковой обработки материалов. Устройство содержит пьезокерамический элемент связанный с частотопонижа- ющей накладкой 2 и концентратором 3. На концентратор 3 со стороны торца меньшего

диаметра, имеющего цилиндрическое углубление, навинчена прижимная гайка 4, связанная с нажимной втулкой 5. В свою очередь нажимная втулка 5 взаимодействует с цангой б, в которой закрепляется рабочий инструмент 7. Цанга 6 торцом большего диаметра 8 контактирует с дном цилиндрического углубления концентратора. Нажимная втулка 5 одним торцом опирается на поверхность прижимной гайки 4, а форма

боковых поверхностей повторяет форму контактирующих с ней поверхностей цилиндрического углубления концентратора 3 и цанги 6. Зажим инструмента 7 осуществляется путем завинчивания прижимной гайки

4, вследствие чего нажимная втулка 5 воздействует на конусную поверхность цанги 6. Работа устройства осуществляется следующим образом.

В концентраторе 3 пьезокерамический

элемент 1 возбуждает продольные колебания ультразвуковой частоты. При распространении волн происходит отражение их от конусной поверхности цанги, обращенной своей вершиной к режущей части инструмента, чтд приводит к концентрации энергии в инструменте 7.

Формула изобретения

Устройство для ультразвуковой обработки материалов, содержащее частотопо- нижающую накладку, стержневой концентраторе цилиндрическим углублением, выполненным со стороны его торца

меньшего диаметра, пьезокерзмический элемент с электродами, расположенный между частотопонижающей накладкой и торцом концентратора большего диаметра, прижимную гайку, навинченную на концентратор со стороны его торца меньшего диаметра, рабочий инструмент, один конец которого закреплен в цилиндрическом углублении концентратора через цангу, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД за счет уменьшения потерь энергии ультразвуковых колебаний, торец цанги максимального диаметра контактирует с дном цилиндрического углубления концентратора, между стенками цилиндрического

углубления концентратора и наружными боковыми стенками цанги установлена введенная нажимная втулка, один из торцов которой опирается на поверхность прижимной гайки, а форма боковых поверхностей повторяет форму контактирующих с ними поверхностей цилиндрического углубления концентратора и цанги соответственно.

Использование: для сверления и нарезания резьбы. Сущность изобретения: устройство содержит частотопонижающую накладку, стержневой концентратор с цилиндрическим углублением, выполненным со стороны его торца меньшего диаметра, пьезокерамический элемент с электродами, расположенный между частоте понижающей накладкой и торцом концентратора большего диаметра, прижимнук) гайку, навинченную на концентратор со стороны его торца меньшего диаметра, рабочий инструмент, один конец которого закреплен в цилиндрическом углублении концентратора через цангу, торец максимального диаметра которой контактирует с дном цилиндрического углубления концентратора. Между стенками этого углубления установлена нажимная втулка, один из торцов которой опи- рается на поверхность прижимной гайки, а форма боковых поверхностей повторяет форму контактирующих с ними поверхностей цилиндрического углубления концентратора и цанги соответственно. 1 ил.