Патент на изобретение №2291033

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения, обработке резанием и выглаживанием. Устройство содержит акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен соединительный элемент в виде резонансного волновода, съемный излучатель ультразвука с рабочим наконечником на его торце, а также прилив для крепления устройства к станку, закрепленный на наружной поверхности корпуса. Для повышения производительности обработки за счет сокращения вспомогательного времени упомянутый съемный излучатель ультразвука выполнен в виде сплошного или разрезного резонансного диска, при этом поверхность по образующей окружности сплошного резонансного диска предназначена для образования рабочего наконечника съемного излучателя ультразвука и выполнена с режущей кромкой, предназначенной для резания металла, или – полностью в виде сферической поверхности, предназначенной для финишной обработки деталей, или сплошной резонансный диск разделен по меньшей мере на два сектора, поверхности по образующей окружности которых предназначены для образования рабочих наконечников, выполняющих функции в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей, а разрезной резонансный диск выполнен в виде секторов, выполненных в виде рабочих наконечников, выполняющих функции в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для резания и финишной обработки поверхностей деталей с использованием энергии ультразвуковых колебаний.

Известно “Устройство для чистового точения и финишной обработки поверхностей деталей ультразвуком” (см. патент РФ №2238839, кл. В 2 В 39/00; 39/04, опубл. в 2004 г.), содержащее акустическую систему в виде установленного в корпусе магнитострикционного преобразователя, соединенного с ним концентратора, на торце которого закреплен излучатель ультразвука, и шпильку, предназначенную для соединения концентратора с излучателем ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника. Устройство содержит также резец для чистового точения, расположенный перед излучателем ультразвука и закрепленный в приливе на корпусе акустической системы, и упорный стержень, на торце которого закреплен контактный элемент. Упорный элемент расположен за излучателем ультразвука и закреплен в приливе для крепления акустической системы к станку.

Известное устройство позволило решить задачу комплексной обработки наружных поверхностей деталей путем совмещения операций чистового точения, финишной обработки и упрочнения поверхностей, что привело к сокращению времени технологического процесса.

Однако такая конструкция не позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на вспомогательные операции, такие, например, как, переточка резца, полировка рабочего наконечника, предназначенного для финишной обработки.

Известно также “Устройство для резания и финишной обработки наружных и внутренних поверхностей металлов (Варианты)” (см. патент РФ №2229371, кл. В 2 В 39/00; 39/04, опубл. в 2004 г.). Известное устройство по Варианту 2, выбраное в качестве прототипа к заявляемому изобретению, содержит акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого с помощью шпильки закреплен излучатель ультразвука с рабочим наконечником на его торце, при этом излучатель ультразвука представляет собой съемные резонансные волноводы, предназначенные соответственно для резания металлов и финишной обработки их поверхностей. Устройство также содержит прилив для крепления его к станку и соединительный элемент, расположенный между торцевой частью концентратора и резонансными волноводами, закрепляемыми на шпильке, рабочие наконечники которых выполнены соответственно в виде резца или сферической поверхности, а упомянутый прилив закреплен на наружной поверхности корпуса.

Однако известное устройство обладает тем же недостатком, что и аналог, а именно не позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на вспомогательные операции по переточке резца, полировке рабочего наконечника, предназначенного для финишной обработки, что приводит к увеличению продолжительности технологического процесса.

В предлагаемом изобретении решается задача сокращения вспомогательного времени технологического процесса за счет исключения замены съемных излучателей ультразвука для переточки и полировки их рабочих наконечников после каждой соответствующей операции и расширения технологических возможностей устройства.

Для достижения технического результата в устройстве для ультразвуковой обработки поверхностей деталей, содержащем акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен соединительный элемент, представляющий собой резонансный волновод, съемный излучатель ультразвука с рабочим наконечником на его торце, а также прилив для крепления устройства к станку, закрепленный на наружной поверхности корпуса, согласно изобретению упомянутый съемный излучатель ультразвука выполнен в виде сплошного или разрезного резонансного диска, при этом поверхность по образующей окружности сплошного резонансного диска является рабочим наконечником съемного излучателя ультразвука и выполнена полностью в виде режущей кромки, предназначенной для резания металла, или полностью в виде сферической поверхности, предназначенной для финишной обработки деталей, или сплошной резонансный диск разделен по меньшей мере на два сектора, поверхности по образующей окружности которых являются рабочими наконечниками, выполняющими функции в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей, а разрезной резонансный диск выполнен в виде секторов, являющихся рабочими наконечниками, выполняющими функции в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей. Причем все сектора сплошного резонансного диска выполнены в виде резцов разных форм в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей или в виде поверхностей с разными радиусами сферы в зависимости от твердости обрабатываемого металла, предназначенных для финишной обработки деталей, или одна часть секторов сплошного резонансного диска выполнена в виде резцов, а другая часть резонансного диска выполнена в виде сферических поверхностей, или сектора разрезного резонансного диска выполнены в виде резцов разных форм в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей, или в виде поверхностей с разными радиусами сферы в зависимости от твердости обрабатываемого металла, предназначенных для финишной обработки деталей, или одна часть секторов разрезного резонансного диска выполнена в виде резцов, а другая часть выполнена в виде поверхностей с разными радиусами сферы.

Предлагаемое изобретение позволяет по сравнению с прототипом сократить вспомогательное время технологического процесса, то есть сократить время, затрачиваемое на замену, заточку и полировку рабочего наконечника после каждого технологического процесса. В предлагаемом техническом решении использование в качестве съемного излучателя ультразвука сплошного или разрезного резонансного диска позволило решить задачу замены рабочего наконечника в процессе обработки поверхности металла за счет изменения контактной зоны между последними путем простого поворота акустической системы вокруг своей продольной оси на соответствующее расстояние, при котором меняется точка съема ультразвуковой энергии. Новый участок диска начинает работать, как замененный рабочий наконечник излучателя ультразвука. В этом случае резонансный диск по сравнению с рабочими наконечниками прототипа обладает рабочим временем во столько раз большим, во сколько 2R круга больше единичной точки излучения ультразвука, равной ˜0,5 мм.

На такую операцию замены требуется не больше одной-двух минут, при этом технологический процесс не прерывается для снятия диска и его переточки или полировки. Причем использование съемного излучателя ультразвука в виде сплошного или разрезного диска позволяет осуществлять технологические операции как наружных, так и внутренних поверхностей деталей. Кроме того, рабочие наконечники сплошных резонансных дисков, разделенных на сектора или разрезных резонансных дисков, могут быть выполнены в виде резцов разных форм в зависимости от материала детали или в виде сферических поверхностей с разными радиусами в зависимости от твердости обрабатываемого металла, при этом чем выше твердость металла, тем меньше радиус сферической поверхности. Все это обеспечивает расширение технологических возможностей устройства.

В результате этого можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в сокращении вспомогательного времени технологического процесса и расширении технологических возможностей устройства.

Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогичных технических решений с подобной совокупностью отличительных признаков.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано для резания и финишной обработки как наружных, так и внутренних поверхностей деталей с использованием энергии ультразвуковых колебаний в машиностроении и любой другой отрасли народного хозяйства.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлено заявляемое устройство для ультразвуковой обработки поверхностей деталей (продольный разрез);

на фиг.2а – излучатель ультразвука, выполненный в виде сплошного резонансного диска, с фрагментом режущей полоски (продольный разрез);

на фиг.2б – излучатель ультразвука, выполненный в виде разрезного резонансного диска (продольный разрез).

Устройство для ультразвуковой обработки поверхностей деталей содержит акустическую систему в виде установленного в корпусе 1 магнитострикционного преобразователя 2 и соединенного с ним концентратора 3, соединительный элемент 4, закрепленный на торцевой стороне концентратора 3, съемный излучатель ультразвука 5, закрепленный на торце соединительного элемента 4. Съемный излучатель ультразвука 5 выполнен в виде сплошного 6 или разрезного 7 резонансного диска с рабочими наконечниками 8. Прилив 9 закреплен на наружной стороне корпуса акустической системы.

Устройство для ультразвуковой обработки поверхностей деталей работает следующим образом.

Для начала работы устройства к обрабатываемой поверхности в зависимости от выполняемой технологической операции поджимают соответствующий рабочий наконечник 8 излучателя ультразвука 5, предварительно закрепленного на торце соединительного элемента 4. Это может быть:

сплошной резонансный диск с рабочим наконечником в виде сплошной режущей кромки; сплошной резонансный диск с рабочим наконечником в виде сплошной сферической поверхности для финишной обработки поверхностей деталей;

сплошной резонансный диск, разделенный на сектора, все рабочие наконечники которых выполнены в виде резцов разной формы в зависимости от материала детали;

сплошной резонансный диск, разделенный на сектора, все рабочие наконечники которых выполнены в виде сферических поверхностей с разными радиусами закругления, в зависимости от твердости материала обрабатываемой детали;

сплошной резонансный диск, разделенный на сектора, одна часть рабочих наконечников которых выполнена в виде резцов, а другая часть рабочих наконечников выполнена в виде сферических поверхностей;

разрезной резонансный диск, все рабочие наконечники которого выполнены в виде резцов одной или разных форм;

разрезной резонансный диск, все рабочие наконечники которого выполнены в виде сферических поверхностей одного или разных радиусов закругления;

разрезной резонансный диск, одна часть рабочих наконечников выполнена в виде резцов одной или разной формы, а другая их часть выполнена в виде сферических поверхностей одного или разных радиусов закругления.

Смена рабочего наконечника осуществляется поворотом акустической системы вокруг своей продольной оси на соответствующее расстояние.

После поджатия соответствующего рабочего наконечника 6 или 7 к обрабатываемой поверхности на обмотку магнитострикционного преобразователя 2 подается напряжение, которое вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через концентратор 3, соединительный элемент 4 и излучатель ультразвука 5 на обрабатываемую поверхность деталей.

Рабочий наконечник, соприкасаясь с обрабатываемой поверхностью, начинает воздействовать на нее ультразвуковыми колебаниями, осуществляя заданную технологическую операцию.

Таким образом, конструкция предлагаемого устройства позволяет расширить технологические возможности устройства и сократить вспомогательное время технологического процесса.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвуковой обработки поверхностей деталей, содержащее акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен соединительный элемент в виде резонансного волновода, съемный излучатель ультразвука с рабочим наконечником на его торце, а также прилив для крепления устройства к станку, закрепленный на наружной поверхности корпуса, отличающееся тем, что упомянутый съемный излучатель ультразвука выполнен в виде сплошного или разрезного резонансного диска, при этом поверхность по образующей окружности сплошного резонансного диска предназначена для образования рабочего наконечника съемного излучателя ультразвука и выполнена с режущей кромкой, предназначенной для резания металла, или – полностью в виде сферической поверхности, предназначенной для финишной обработки деталей, или сплошной резонансный диск разделен по меньшей мере на два сектора, поверхности по образующей окружности которых предназначены для образования рабочих наконечников, выполняющих функции в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей, а разрезной резонансный диск выполнен в виде секторов, выполненных в виде рабочих наконечников, выполняющих функции в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все сектора сплошного резонансного диска выполнены в виде резцов разных форм в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей или в виде поверхностей с разными радиусами сферы в зависимости от твердости обрабатываемого металла, предназначенных для финишной обработки деталей, или одна часть секторов сплошного резонансного диска выполнена в виде резцов, а другая его часть выполнена в виде сферических поверхностей.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все сектора разрезного резонансного диска выполнены в виде резцов разных форм в соответствии с технологическими требованиями процесса обработки деталей или в виде поверхностей с разными радиусами сферы в зависимости от твердости обрабатываемого металла, предназначенных для финишной обработки деталей, или одна часть секторов разрезного резонансного диска выполнена в виде резцов, а другая их часть выполнена в виде поверхностей с разными радиусами сферы.

РИСУНКИ