Изобретение относится к области ультразвуковой технологии и может быть использоваио в процессах обработки материалов давлением (экструдирование, выдавливание, вытяжка п т. д.) с наложением ультразвуковых колебаний.
Известен способ обработки металлов давлением в ультразвуковом поле, заключающийся в том, что материал, подвергающийся обработке, помещают в пучность смещения стержневой системы продольных колебаний. При этом достигнут эффект снижения статического усилия деформаций независимо от его абсолютной величины.
Известно также, что общее статическое усилие прессования Р складывается из усилия р, необходимого для осуществления заданной деформации, т. е. для преодоления внутреннего трения в материале, и усилия трения Т, возникающего на боковых поверхностях обжимающей части очага деформации и загрузочного контейнера
Р .
Эффект снижения статического усилия деформации р при использовании продольны.ч ультразвуковых колебаний является результатом наложения динамической нагрузки на статическую. При приложении продольных колебаний силы трения на стенках контейнера и
t2
обжимающей части матрицы частично снижаются за счет вынужденных поперечных колебаний, возникающих вследствие эффекта Пуассона, так как в реальных стержневых системах продольных колебаний в пучностях смещений поперечное смещение не равно нулю.
Однако поперечное смещение в этом случае составляет незначительную величину от
продольного и настолько мало, что не оказывает заметного влияния на снижение сил трения Т на стенках загрузочного контейнера и обжимающей части матрицы. Эффект снижения статического усилия деформаций при }1епользованип стержневой системы продольных колебаний четко проявляется только при соизмеримости величин статических и динамических нагрузок.
При превышепии статических нагрузок над
динамическими эффективность иснользованпя продольных колебаний в целях уменьшения сил внутреннего трения материала р снижается, что в общем случае ограничивает целесообразность применения известного снособа обработки материалов при больших статических нагрузках.
При больших статических нагрузках наиболее целесообразным является путь снижения сил трения на контактных поверхностях обжиствия поперечного (нормального) смещения поверхности обжимающего устройства. Цель изобретения - снижение усилий трения на обжимающей поверхности очага деформаций и загрузочного контейнера, снижение статического усилия обработки независимо от его абсолютной величины и улучшение качества изделия. Это достигается возбуждением в теле обжимающего устройства (матрицы, прессформы и т. д.) ультразвуковых колебаний на резонансе моды, создающей на обжимающей поверхности одну или несколько замкнутых линий пучностей поперечного (нормального) смещения, а на торцовой поверхности обжимающего устройства - одну или несколько замкнутых линий узлов смещений. Возбуждающая сила при этом может прикладываться к внешней (боковой или торцовой) поверхности обжимающего устройства в зопах, соответствующих пучностям смещения внешней поверхности. В случае когда обжимающее устройство выполнено в виде цилиндра или кольца с осевым отверстием, замкнутые линии пучностей и узлов смещения являются окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной оси устройства. При этом резонансная мода колебаний соответствует осесимметричным радиально-изгибаемым колебаниям тела. Наличие замкнутых линий пучностей поперечного смещения по всей обжимающей поверхности снижает усилия по всему периметру обрабатываемой поверхности, а также уменьшает или исключает возможность несимметричного течения металла. Если в системе продольных колебаний подводимая мощность ограничена мощностью максимум двух двигателей продольных колебаний, то в данной системе можно использовать значительно большее число возбуждающих двигателей, устанавливаемых в зонах пучностей смещений внешней поверхпости обжимающего устройства. Наличие замкнутых линий узлов смещения на торцовой поверхности обжимающего устройства осуществляет надежную акустическую развязку колебательной системы с массой машины и обеспечивает работоспособность системы под действием больших статических нагрузок. Характер истечения материала на обжимающей части очага деформации при обработке давлением зависит от соотношения внешних Т и внутренних р сил трения, следствием чего являются дефекты обработки (задиры, трещнпы, раковины). Снижение сил внешнего трения Т за счет введения в зону деформации поперечных смещений по всему периметру обжимающей поверхности позволяет улучшить качество изделия и снизить требования к применяемой смазке. Предлагаемый способ обработки материалов можно иллюстрировать на примере выдавливания металла через круглую щель. На чертеже изображена неразъемная прессформа с загрузочным цилиндром и эпюры распределения амплитуд поперечпых смещений на внешних поверхностях. Матрица 1 работает по действием динамических усилий F, приложенных к боковой поверхности матрицы. Матрица опирается li узлах смещения колебаний на опоры 2. Обжимающий поясок 3 размещен в пучности поперечных смещений. Статическое усилие Р приложено к нрессуемому металлу 4 через пуансон 5. Предмет изобретения Ультразвуковой способ обработки материалов с одповременным использованием в очаге деформаций статических и динамических пагрузок, отличающийся тем, что, с целью снижения усилий трения на обжимающей поверхности очага деформации, снижения статического усилия обработки и улучшения качества изделия в теле обжимающего устройства (матрицы, прессформы и т. д.) возбуждают ультразвуковые колебания на моде, создающей на обжимающей поверхности одну или несколько замкнутых линий пучности смеещений, нормальных к поверхности обрабатываемого изделия, и одновременно создающей на торцовой поверхности обжимающего устройста одну или несколько замкнутых линий узлов смещения, по которым осуществляют акустическую развязку указанного устройства с машиной.
/
