Устройство для ультразвуковой обработки материалов Советский патент 1993 года по МПК B23K20/10 

Изобретение относится к обработке материалов с помощью ультразвуковых колебаний и может быть использовано преимущественно при сварке и резке полимерных материалов и изделий, биологических тканей в медицине.

На фиг. 1 приведен упрощенный чертеж этого устройства с изображением основных конструктивных элементов. Устройство- прототип состоит из ультразвукового преобразователя 1 с концентратором 2 и корпуса 3 с элементами крепления преобразователя 1. Преобразователь 1 размещен в корпусе 3 с помощью втулки 4, установленный в кольцо 5 и на прокладку 6, и упорных винтов 7, Для охлаждения преобразователя 1 устройство содержит радиатор 8, а в корпусе 3 имеются вентиляционные отверстия 9. Охлаждение происходит за счет конвекции воздушным потоком, поступающим через зазор между корпусом 3 и выходящим из него концентратором 2, а также через вентиляционные отверстия 9.

Недостатком прототипа является высокий уровень шума, излучаемого открытым концентратором и преобразователем через вентиляционные отверстия корпуса.

Целью изобретения является улучшение условий труда за счет снижения тонального шума, излучаемого устройством.

Цель достигается путем экранирования и глушения тонального шума, излучаемого рабочим концом концентратора, и шума, излучаемого из зазора между концентратором и экраном. В известном устройстве для ультразвуковой обработки материалов, содержащем корпус, выполненный сплошным, в котором закреплен акустический преобразователь с концентратором, глушитель шума и экран, глушитель шума закреплен на корпусе противоположно концентратору, экран выполнен с геометрической формой, соответствующей геометрической форме концентратора, установлен вокруг него и герметично закреплен на корпусе, конечная часть экрана выполнена в виде фланца с шириной не менее А/2 с плоскостью, перпендикулярной оси устройства, расположенной на расстоянии 0,3 А от передней кромки концентратора, где А - длина волны тонального шума.

Снижение шума, излучаемого из зазора между концентратором и экраном, обеспечивается за счет поворота звуковой волны на 90° в канале, образованном фланцем и обрабатываемой поверхностью. Снижение шума, излучаемого незакрытым экраном концом концентратора, обеспечивается за счет поворота на 90° той части звуковой энергии, которая попала в зазор между концентратором и экраном и отразилась назад в канал между фланцем и обрабатываемой поверхностью, за счет экранирования головы работника посредством фланца, а также за счет отражения звуковой волны на выходе из канала, образованного фланцем и обрабатываемойповерхностью, возникающего вследствие различия акустического сопротивления для плоской волны между указанными фланцем и обрабатываемой поверхностью и волны, излучаемой за пределы фланца.

Новые конструктивные признаки обеспечивают одновременно вентиляцию корпуса устройства и шумоглушение.

Нэ фиг. 1 показана конструкция прототипа; на фиг. 2 - пример реализации заявляемого устройства.

Заявляемое устройство (см. фиг. 2) содержит акустический преобразователь 1, концентратор 2 конусообразной формы, корпус 3, в котором с помощью втулки 4, установленной в кольцо 5 и на прокладку 6, и упорных винтов 7 закреплен концентратор 2. Для эффективного охлаждения на преобразователе 1 закреплен радиатор 8. Корпус 3 выполнен сплошным и содержит нэ противоположном концентратору конце глушитель шума 10, выполненный в виде трубчатого канала, имеющего поворот на 90°. Канал образован стальной перфорированной трубкой 11 толщиной 1 мм с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, диаметром 3 мм: коэффициент перфорации не менее 0,4. Между трубкой 11

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и внутренней поверхностью кожуха глушителя 10 помещен звукопоглощающий материал 12 - пенопласт с открытыми порами толщиной 5 мм, т.е. не менее А/4. Здесь и далее геометрические размеры элементов конструкции устройства приводятся относительно типовой рабочей частоты ультразвуковых колебаний траб. 22 кГц, для которых длина волны А в воздухе составляет 16 мм. Диаметр di трубки 11 до поворота (в направлении излучаемого шума) составляет 20 мм (di А), длина ai 55 мм (ai 3,5 А). Диаметр da трубки после поворота составляет 8 мм (d2 А/2), длина 32 70 мм (32 « 4,5 А). Эффективность такого глушителя может быть рассчитана по известным формулам и составляет около 25 дБ. Конструктивно глушитель оформлен в виде рукоятки для удержания устройства во время работы.

Устройство также содержит экран 13, закрепленный на корпусе 3 герметично через резиновую прокладку 14. Экран выполнен по форме концентратора 2 и установлен вокруг последнего с зазором не более А/4 (с учетом облицовки внутренней поверхности экрана звукопоглощающим материалом), т.е. 4 мм. Между корпусом 3 и шейкой концентратора 2 имеется зазор, поэтому внут- ренний объем корпуса $ оказывается связанным с внешней средой. Экран 13 изготовлен из стали толщиной 1 мм, собственная звукоизоляция которой на рабочей частоте составляет не менее 35 дБ.

В оконечной части экран содержит фланец 15, выполненный в форме кольца шириной не менее А/2 и установленный в плоскости, перпендикулярной продольной оси концентратора 2. Продольный размер экрана 13 с фланцем 15 выбран таким образом, чтобы расстояние между фланцем 15 и передней кромкой концентратора 2 было равно О,ЗА.

Устройство работает следующим образом. Ультразвуковая обработка материала (сварка, пайка) осуществляется обычным путем за счет передачи в зону обработки через концентратор 2 акустических колебаний, возбуждаемых преобразователем 1. Поскольку рабочее положение устройства - концентратором вниз, то через нижний вентиляционный канал, образованный концентратором 2 и экраном 13 с фланцем 15, холодный воздух за счет конвекции поступает внутрь корпуса 3, охлаждает радиатор 8 и выходит через верхний вентиляционный канал в глушителе 10.

Шум преобразователя 1 и концентратора 2 при достаточно большой собственной

звукоизоляции корпуса 3 и экрана 13 излучается в окружающую среду преимущественно через два указанных вентиляционных канала.

Шум. излучаемый верхним вентиляционным каналом, снижается посредством глушителя шума 10.

Шум, излучаемый нижним вентиляционным каналом, снижается следующим образом. Излучаемый оконечной частью концентратора 2, в том числе, открытой рабочей частью, шум попадает в область между фланцем 15 и обрабатываемой поверхностью. В этом случае при работе устройства фланец 15 образует с обрабатываемой поверхностью звуковой канал шириной з 0,3 А и длиной М А/2. Акустическая волна, излучаемая через зазор между экраном 13 и концентратором 2, попадает в этот акустический канал и изменяет свое направление на угол более 90°. Это приводит к снижению уровня шума на 5-8 дБ.

Часть энергии шума, излучаемого рабочей частью концентратора 3. отражается от обрабатываемой поверхности внутрь экрана 13, где происходит дополнительное глушение шума. Другая часть энергии этого шума излучается в канал, образованный фланцем 15 и обрабатываемой поверхностью. Вследствие того, что канал имеет ширину 0,3 А и длину не менее А/2. в нем формируется плоская волна. На выходе за пределы фланца происходит преобразование формы волны, она становится близкой к сферической. В результате, из-за различия

0

акустического сопротивления волн различной формы, на выходе за пределы фланца происходит отражение звуковой энергии обратно, В том числе часть отраженной энергии попадает в зазор между концентратором 2 и экраном 13, где происходит ее поглощение. Кроме того фланец экранирует голову работающего от прямых звуковых колебаний, излучаемых открытым рабочим концом концентратора и зоной обработки материала.

Формула изобретения

Устройство для ультразвуковой обработки материалов,содержащее корпус, выполненный сплошным, в котором закреплен акустический преобразователь с концентратором, глушитель шума и экран, глушитель

шума закреплен на корпусе противоположно концентратору, экран выполнен геометрической формы, соответствующей геометрической форме концентратора, установлен вокруг него и герметично закреплен на корпусе, отличающееся тем, что. с целью улучшения условий труда за счет снижения тонального шума, излучаемого устройством, конечная часть экрана выполнена в виде фланца шириной не менее

А/2 с торцевой плоскостью, перпендикулярной оси устройства, расположенной на рас- стоянии 0,3 А от передней кромки концентратора, где А - длина волны тонального шума. з

/2

Использование: обработка материалов с помощью ультразвуковых колебаний при микросварке изделий, а также для сварки и резки пластмасс, биологических тканей в медицине. Сущность изобретения: в устройстве, состоящем из акустического преобразователя с концентратором, для снижения шума, основным источником которого являются вентиляционные отверстия корпуса и открытый концентратор, корпус выполнен сплошным. Воздушная вентиляция обеспечена за счет сквозного зазора между экраном, установленным вокруг концентратора, и концентратором, корпусом и преобразователем и глушителя шума, установленного в противоположном концентратору конце корпуса. Экран имеет фланец на конце, который в рабочем положении устройства образует с обрабатываемой поверхностью звукозаглушающий канал, размеры которого обеспечивают эффективное снижение шума, излучаемого концентратором, а вся конструкция вцелом - естественное поступление воздуха в корпус для охлаждения преобразователя, 2 ил.