Устройство для ультразвуковой обработки твердых материалов Советский патент 1983 года по МПК B23K20/10 A61B17/32 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РВРАБОТКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к устройствам для ультразвуковой обработки твердых материалов и может быть использовано при резке, сварке, пайке материалов, а также в области медицины для вырезки биологических костных тканей.

Известно устройство для ультразвуковой обр.аботки твердых материалов, содержащее преобразователь, волновод и инструмент - пуансон с очагом деформации в пучности колебаний 1.

Однако в известном устройстве при больших усилиях нагружения нарушается резонансная настройка, меняется в очаге деформации интенсивность колебаний, что приводит к ухуди ению качества обработки материалов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ультразвуковой обработки твердых материалов, содержащее преобразователь, волновод радиальных колебаний и закрепленный на неминструмент, выполненный в виде полого стержня резонансной длины с рабочим торцом 2.

В известном устройстве не изменяется качество обработки материалов при увеличении усилий нагружения. Однако, поскольку величина удельных давлений по всему рабочему торцу у него одинакова, устройство требует довольно больших усилий резания, что отрицательно сказывается на качестве обработки материалов .

Снижение усилий резания особенно важно при резке биологических костных тканей, так как вызывает снижение плотности контакта инструмента с объектом обработки и исключает прижоги.

Цель изобретения - снижение усилий резания за счет увеличения удельного давления рабочего торца инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой обработки твердых материалов, содержащем преобразователь, волновод радиальных колебаний и закрепленный на нем инструмент, выполненный в виде полого стержня резонансной длины с рабочим торцом, стержень инструмента выполнен в виде цилиндричес ° кой гребенки, зубья которой закреплены поочередно в зонах, соответствующих соседним пучностям радиальных колебаний шзлновода, причем диаметр пос-леднего соответствует кратному четному числу длин волн радиальных колебаний, распространяющихся в нем. При этом зубья гребенки могут быть выполнены в виде плоских пружин с углом наклона по цилиндрической образующей инструмента относительно его оси, равным (90°. На фиг. 1 изображено устройство для ультразвуковой обработки твердых материалов; на фиг. 2 - рабочая часть инструмента в первый полупериод колебаний; на фиг. 3 - то же, во второй полупериод колебаний. Устройство содержит преобразователь 1, волновод 2 радиальных колебаний и инструмент 3 резонансной длины в виде полого стержня с рабочим торцом. Стержень инструмента 3 выполнен в виде цилиндрической гребенки, зубья 4 которой закреплены в зонах, соответствующих соседним пучностям PI и РЗ радиальных колебаний волновода 2. Диаметр последнего соответствует кратному четному числу я.лин волн радиальных колебаний, распространяющихся в нем. Зубья 4 могут быть выполнены в виде плоских пружин с углом наклона по цилиндрической образующей стержня инструмента относительно его оси, равным . Устройство работает следующим обраУльтразвуковые колебания от преобразователя 1 через волновод 2 передаются на инструмент 3. В первый полупериод колебаний (фиг. 2) на величину, равную амплитуде колебаний в обрабатываемый материал, врезаются одни зубья 4 гребенки, а во второй полупериод (фиг. 3) - соседние. В волноводе 2 радиальных колебаний в соседних пучностях происходят, например в первый полупериод, колебания, сопровождающиеся соответственно сжатием и растяжением материала. Во второй полупериод колебаний в этих же пучностях напряжение и деформации меняют знак на противоположный и уже эти соседние пучности соответственно растягиваются и сжимаются. Поэтому каждый полупериод на соседние зубья гребенки, а значит и на зоны рабочего торца под ними, подаются колебания противоположного знака. Такая картина колебаний по рабочему торцу увеличивает удельное давление, обеспечивает съем материала при меньших нагрузках, прикладываемых к инструменту. При выполнении зубьев 4 гребенки в виде плоских пружин, наклоненных под углом к оси инструмента, в материал вводится тангенциальная составляющая колебаний. Такой прием обеспечивает еще и срез материала, кроме его разрушения в случае применения только продольных колебаний. Кроме того, при снижении нагрузки упругие зубья гребенки обеспечивают возврат ее в нормальное устойчивое положение. Это приводит к дополнительному макроперемещению и резке обрабатываемого материала. Зубья 4 гребенки могут быть установлены в волноводе под углом друг другу, т. е. могут чередоваться с противоположным наклоном. Это обеспечивает введение тангенциальной составляющей колебаний в зону реза на соседних зубьях 4 в противоположных направлениях, что повышает производительность обработки. снижает усилия резания и обеспечивает за каждый полупериод колебаний, например при резке, одинаковую величину съема материала в направлении переднего и заднего углов резания. Изобретение позволяет снизить усилие резания за счет увеличения удельного давления, рабочего торца инструмента, а также увеличить производительность и снизить время резания. При использовании предложенного устройства для обработки костных тканей снижение усилия резания приводит к снижению плотности контакта инструмента с костной тканью, исключению при этом прижогов, сокращению времени операции и уменьшению послеоперационного периода пребывания больных в станционаре. Формула изобретения 1.Устройство для ультразвуковой обработки твердых материалов, содержащее преобразователь, волновод радиальных колебаний и з-акрепленный на нем инструмент, выполненный в виде полого стержня резонансной длины с рабочим торцом, отличающееся тем, что, с целью снижения усилий резания за счет увеличения удельного давления рабочего торца инструмента, стержень инструмента выполнен в виде цилиндрической гребенки, зубья которой закреплены поочередно в зонах, соответствующих соседним пучностям радиальных колебаний волновода, причем диаметр последнего соответствует кратному четному числу длин волн радиальных колебаний, распространяющихся в нем. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зубья гребенки выполнены в виде плоских пружин с углом наклона по цилиндрической образующей инструмента относительно егооси, равным . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ангелов Г. С. и др. Применение ультразвука в промышленности. М., «Машиностроение, 1975, с. 117, рис. 106. 2.Ангелов Г. С. и др. Применение ультразвука в промышленности. М., «Машиностроение, 1975, с. 117, рис. 11 в.