[go: up one dir, main page]

WO2008150250A1 - Ultrasonic tool for hardening and relaxation treatment of metals - Google Patents

Ultrasonic tool for hardening and relaxation treatment of metals Download PDF

Info

Publication number
WO2008150250A1
WO2008150250A1 PCT/UA2008/000030 UA2008000030W WO2008150250A1 WO 2008150250 A1 WO2008150250 A1 WO 2008150250A1 UA 2008000030 W UA2008000030 W UA 2008000030W WO 2008150250 A1 WO2008150250 A1 WO 2008150250A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic
tkc
glass
housing
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/UA2008/000030
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Georgiy Prokopenko
Alexander Lugovskoy
Andrey Movchanyuk
Jacob Kleiman
Yuriy Kudryavtsev
Valeriy Chorniy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHORNAYA BOGDANA
Original Assignee
CHORNAYA BOGDANA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHORNAYA BOGDANA filed Critical CHORNAYA BOGDANA
Publication of WO2008150250A1 publication Critical patent/WO2008150250A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/006Peening and tools therefor

Definitions

  • the invention relates to the field of technological use of energy of ultrasonic vibrations to create a high-frequency impact on metals and can be applied in engineering, shipbuilding and other industries, in particular, for strain hardening and relaxation processing of metal surfaces of parts and welds of critical structures that work in vibration loading conditions and are subject to fatigue failure.
  • Surface hardening of metal products and welds significantly increases the efficiency of machine parts, increases their quality and service life.
  • PPD surface plastic deformation
  • methods of surface plastic deformation (PPD) such as rolling by balls and rollers, shot peening, pneumatic and electrodynamic processing, vibration rolling, and others, are widely used.
  • Significantly increased interest in high-energy types of surface treatment which include surface hardening using ultrasonic vibrations.
  • test results and operating practice show that in the processing of metals and, especially, high-strength materials, the ultrasonic method is the most effective. With its help, it is possible to significantly increase the mechanical properties of structural materials and, above all, to increase the fatigue strength and wear resistance. In turn, the productivity and quality of the ultrasonic treatment process, energy consumption and ease of use are largely dependent on the design and type of ultrasonic instrument.
  • a known ultrasonic tool for finishing the surface of parts (Russian Patent JNa 2266805 Cl, IPC B24B 39/00, 2005), containing an ultrasonic emitter, which includes a magnetostrictive transducer and a vibrational velocity transformer (TKC) rigidly connected to it.
  • the emitter is located in a tank equipped with a liquid cooling system.
  • the tank is located in the tool body and contacts it through a spring, which is necessary for pressing the emitter to the work surface with a certain force.
  • the TKC is rigidly connected by a pin to a cylindrical hardened steel extension waveguide, the length of which is a multiple of ⁇ / 2, where ⁇ is the longitudinal wavelength in the waveguide material.
  • the end of the waveguide is a holder having the form of a glass with through holes in the end, in which the rods with bulges are installed.
  • An annular groove is made in the nodal plane of the waveguide, in which the balls are placed with the possibility of rolling, and the union nut screwed to the glass limits its movement along the axis of the waveguide towards the placement of the rods due to the balls protruding above the surface of the waveguide.
  • the tank is equipped with a coolant inlet and outlet and is secured with a union nut in the TKC nodal plane.
  • a magnetostrictive transducer As a source of ultrasonic vibrations, a magnetostrictive transducer is used, the efficiency (efficiency) of which is significantly lower than that of a piezoelectric transducer.
  • magnetostrictive converters require liquid cooling and the supply of appropriate hoses, which in total increases the weight of the device and creates inconvenience, especially when working with a hand tool.
  • the use of a steel waveguide extension also increases the weight of the device and the acoustic loss due to the additional threaded connection.
  • a vibration impact tool with ultrasonic excitation ( Russian Patent JMo 2179919 C2, IPC B25D 9/14, B06B 1/08, B06B 1/12, B24B 39/04, 2000), comprising a housing with elastic vibration-isolating gaskets and an ultrasound source, consisting of magnetostrictive transducer and TKC.
  • the ultrasound source is housed in a housing with the possibility of reciprocating motion, and the clip with strikers is installed near the end of the TKC.
  • the device has a forced air cooling system, while the magnetostrictive transducer and TKC are fixed in the sleeve, which is located on the slide rails connected to the housing. Between the outer surface of the sleeve and the inner surface of the housing there is a gap for the release of compressed air.
  • the known device uses an air cooling system to remove heat from a magnetostrictive vibrator that does not have a developed heat exchange surface, which reduces the cooling efficiency, and the absence of a temperature sensor can lead to uncontrolled overheating and failure of the tool.
  • the holder with the strikers, which become very hot during operation, is the second heat source, which in this case is not amenable to forced cooling, therefore, heat generation in the processing zone heats the TKC and other parts of the device, which leads to additional interruptions in operation for cooling them and reduces performance.
  • Another disadvantage of the known device is its fragility, which is caused by the abrasion of steel dies, which in turn destroy the end face of the TKC. Lack of an indicator of the clamping of the strikers to the surface to be treated and a complex clamping system, consisting of a spring and compressed air, lead to instability of ultrasonic vibro-shock processing (UZVUO).
  • the closest to the proposed device in terms of features and technical result is an ultrasonic tool for strain hardening and relaxation processing of metals (Patent of Ukraine N ° 68264, IPC B24B 39/00, B06B 1/06, 2007), containing a housing with a protective rubber cover and cover , in which an ultrasonic transducer connected to the TKC and having a holder with percussion elements is installed.
  • the ultrasonic transducer is mounted in a glass with the possibility of axial reciprocating motion inside the housing.
  • the sensors for the reciprocating motion of the ultrasonic transducer and its temperature which are included in the start and stop system of the ultrasonic oscillation generator.
  • a handle with an elastic cover and the possibility of rotation around the axis of the housing is also fixed on the body.
  • the metal cup covers the ultrasonic transducer and the TKC, which in the nodal plane is mounted on the edge of the cup through a vibration-proof gasket.
  • a cylindrical nozzle is also installed on the same axis with a thin end of the TKC, and the holder is located on the free end of the nozzle with the possibility of rotation around its axis and quick removal.
  • the pneumatic chamber is made in the form of a cavity between the lid and the bottom of the glass, and the ultrasonic transducer is a composite piezoceramic vibrator.
  • a spring is located in the pneumatic chamber, providing reciprocating movement of the moving part of the tool.
  • the known instrument has an ineffective cooling system due to the fact that the ultrasonic transducer does not have a developed heat exchange surface and is placed in a sealed metal canister, which only gives off heat through the movement of atmospheric air when the volume of the air chamber changes.
  • the heated holder with hammers is cooled only by free cooling. Placing the temperature sensor at the bottom of the glass leads to an error in measuring the temperature of the ultrasonic transducer, so the instrument may overheat and fail during prolonged use.
  • Using an optical sensor with a shutter as a reciprocating motion sensor leads to malfunctions during operation of the tool in conditions of vibration, shock, exposure to dust and humidity.
  • the basis of the invention is the task of improving the well-known ultrasonic tool for strain hardening and relaxation processing of metals by reducing heating by increasing the efficiency of forced air cooling of the ultrasonic transducer and heated structural elements, as well as increasing the reliability of temperature control for the most critical heating element - piezoceramic ultrasonic converter.
  • measures have been taken to reduce wear on the working surfaces of the strikers and the end face of the TKC. This will make it possible to increase the productivity of the ultrasonic air-ignition control system, increase the reliability and service life of the tool, and ensure safety and convenience during its operation.
  • an indicator is mounted in the tool body p is the pressure force of the shock elements in the form of a
  • the displacement sensor of the ultrasonic transducer relative to the housing turns on the ultrasonic generator only after reliable contact of the projectiles with the surface of the processing zone and automatically turns it off after removing the minimum force of the projectiles. It is made in the form of a magnetic Hall sensor. The sensor is enclosed in a sealed stainless steel cup and interacts through its walls with a magnet that is mounted on the housing. This design increases the reliability of its operation, which reduces the risk of the converter idling and, accordingly, its unacceptable overheating.
  • the same coating is carried out on the spherical surface of the impact elements, which acts on the surface to be machined, which also increases the overall resource of the tool, improves the quality of the ultrasonic shock absorbers and reduces tool downtime for replacing worn hammers.
  • the elastic axial reciprocating movement of the ultrasonic transducer relative to the housing provides a shock to the impactors to the work surface with a certain force.
  • the degree of plastic deformation of the metal surface depends on the clamp force at a constant amplitude of the oscillations of the transducer, therefore, control of the pressing force by the degree of elastic deformation (displacement of the locking pin relative to the housing) by the displacement indicator makes it possible to control the modes of the ultrasonic vibrating system and optimize it depending on the strength of the material being processed, as well as on the design features of the part or product.
  • the vibrations that occur during the processing of products are largely damped due to the shock-absorbing properties of the spring and the air that is inside the pneumatic chamber.
  • figure 1 shows the proposed ultrasonic instrument in section
  • figure 2 is a view from the side of the pin (view along arrow A).
  • An ultrasonic tool for strain hardening and relaxation processing of metals contains an ultrasonic composite piezoceramic transducer 1, which consists of two piezoceramic rings 2, compressed with a tie pin 3 between the back plate 4 and the step transformer of vibrational velocity (TKC) 5, made, for example, of titanium alloy, which has an output end b of smaller diameter.
  • the ultrasonic transducer is installed with a gap in a sealed stainless steel cup 7 so that its edge 8 is connected to the TKC nodal plane through a vibration isolation seal 9.
  • a cylindrical nozzle 10 is attached to the edge 8, which is placed on the same axis as the TKC.
  • At the output end of the nozzle mounted holder 11 in the form of a glass with the possibility of rotation around its axis.
  • the glass 7 is installed with a gap in the housing 16 on two slide rails 17 made, for example, of fluoroplastic.
  • the pneumatic chamber 18, formed by the inner surface of the housing 16, the outer surface of the cup and the guides 17, is connected to the external environment through the damper slot 19.
  • a compression spring 20 is placed in the pneumatic chamber between the edge 8 of the cup and the protrusion 21 of the housing.
  • a stopper is fixed on it in the form of a pin 22, which can move in the longitudinal groove 23 of the housing.
  • a magnetic sensor 24 (for example, a Hall sensor) is mounted in the glass 7, which interacts with a magnet 25 located opposite it in the housing 16 during the reciprocating motion.
  • an ultrasonic transducer 26 is mounted on the end of the back plate 4.
  • a cable 28 is connected through an airtight seal in the lid 27 of the glass 7, connected at one end to an ultrasonic generator (not shown), and the other to piezoceramic ring electrodes 2.
  • a magnetic sensor 24 and a temperature sensor 26 are connected appropriate wires to the start-up circuit of the ultrasonic generator.
  • the housing 16 and the handle 29 attached thereto are equipped with elastic cuffs 30 and 31, for example, of porous rubber.
  • the degree of displacement of the pin 22 in the groove 23 of the housing is displayed on the indicator 32 (Fig. 2) in the form of a ruler or bar, which has multi-colored zones (for example, green, yellow, red).
  • the indicator 32 Fig. 2
  • Fig. 2 in the form of a ruler or bar, which has multi-colored zones (for example, green, yellow, red).
  • the back plate 4 and the thick part of the TKC 5 have a developed heat-exchange surface in the form of ribs 34.
  • the cavity of the cup 7 is connected by the holes 35 in the TKC with the space between the thin end of the TKC 6 and the nozzle 10, and in the holder 11 holes 36 are made along the impact elements 15 for the cooling outlet air to the atmosphere.
  • a carbide plate for example, of BK20 alloy, is brazed to the end face 37 of the thin end of TKC 6, or a carbide coating of the same alloy is applied by electrospark.
  • Impact elements 15 also have a carbide coating on the working spherical surfaces in contact with the surface of the product.
  • Ultrasonic instrument works as follows. First, the voltage of the electric network is applied to the ultrasonic generator and the air cooling system is turned on. Compressed air enters the tool through the nozzle 33, passes through the channels between the cooling fins 34, through the through holes 35, 36 in the TKC 5 and the holder 11. Impact elements 15 are brought into contact with the work surface before starting work. By pressing the handle 29, the axial displacement of the entire oscillatory system of the tool, located in the cup 7, relative to the housing 16 by 3-5 mm is achieved until the magnetic sensor 24, which is mounted on the cover of the cup 27, falls into the range of the magnet 25. B At this moment, a high-frequency voltage is applied to the piezoceramic plates, which transform it into mechanical vibrations of the ultrasonic frequency.
  • TKC increases the amplitude of oscillations at its free end to 20-30 microns.
  • the shock elements 15 pressed to it begin to make forced vibrations, moving in the holes of the holder 11.
  • the kinetic energy received by the shock elements from the ultrasonic transducer is spent on deforming the surface and on the elastic rebound back.
  • the tool is pressed to the surface with a force of the order of 40-60H, the spring 20 is deformed and the pin 22 is displaced by the corresponding distance in the groove 23.
  • the amount of displacement proportional to the clamp of the shock elements 15 is displayed on indicator 32, which has a metric scale and can be controlled by the operator.
  • the air in the pneumatic chamber 18 during compression of the spring is also compressed and begins to escape through the damper slot 19.
  • the tool is informed of translational motion in the direction perpendicular to its axis and the product is processed, covering the entire necessary surface.
  • Vibrations (low- and high-frequency) that occur in the tool during processing of products are partially absorbed by the vibration isolation seal 9. Additionally, the vibrations are absorbed by the spring 20 and the pneumatic chamber 18, which significantly reduces their harmful effect on the operator’s hands. The reduction of vibration loads on the operator is also due to the vibration isolation properties of elastic cuffs 30, 31.
  • Such multi-stage protection (using various physical factors - elasticity, friction, viscosity) from the action of vibrations allows to reduce their level to the values allowed by the relevant regulatory documents when working with ultrasonic equipment.
  • the ability to rotate the holder 11 with impact elements around its axis reduces the wear of the end face of the TKC 5, and the ability to quickly replace the holder together with impact elements increases the convenience of working with the tool due to time savings.
  • the use of effective heat removal from a heated piezoelectric transducer with control of its temperature and cooling of the head with shock elements increases the reliability of the tool and operational safety, and maintaining the working state of the TKC end extends the life of the tool.
  • the multi-stage vibration protection system reduces the level of vibration in all modes of vibration-shock processing.
  • the control of the pressure force of the shock elements, the increase in the resource of the output ends of the shock elements and their quick replacement increases the quality and UZVUO performance.
  • the special design of the reciprocating motion sensor increases the reliability and ease of use of the instrument.
  • Example. A device was manufactured that had a maximum amplitude of oscillations of the piezoelectric transducer at the end of the TKC near ZOkmkm, the operating frequency of the ultrasonic generator was 22 KHz and consumed 400 W of power from the electric network.
  • the ultrasonic transducer and holder with shock elements had an allowable temperature of up to 60 0 C with continuous operation of the device for 15 minutes Vibrations and shock loads that occurred during the processing of metal surfaces were significantly reduced by the vibration isolation system, which ensured a long and safe operation of the operator.
  • the durability of the working end of TKC during the processing of steels of medium strength increased by 3-4 times. By maintaining the working state of the end face of TKC and the output ends of the shock elements, the surface treatment efficiency and productivity increased.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

The invention relates to an ultrasonic tool for deformation hardening and relaxation treatment of metals. Said invention is based on the use of ultrasonic oscillation energy and can be used in the machine and ship building industries and others industrial sectors, in particular for treating metal surfaces and weld seams of critical structures, operating under conditions of vibrational loads, in order to increase the fatigue strength thereof. The aim of the invention is to reduce the level of heating of an ultrasonic converter by increasing the effectiveness of forced air cooling and the reliability of temperature monitoring of an ultrasonic piezoceramic converter and to increase the service life of the working surfaces of the tool and the impact elements thereof. For solving said problem, a temperature sensor is mounted directly on the rear face of the ultrasonic converter. Some of structural elements are provided with orifices for passing compressed air into a treatment area and the emitter parts are provided with a heat exchange surface in the form of a radiator. The operating end face of a vibrational speed transformer and the ends of the impact elements are provided with a hard-alloy coating. The reciprocating motion sensor of the emitter is made in such a way that it is magnetosensitive and is placed in front of a permanent magnet which is secured in a body. The use of the invention for ultrasonic impact tools makes it possible to reduce the heat of the ultrasonic converter, extend the operational cycle, decrease the wear of the surfaces of the impact elements and the emitter, control the processing modes and to increase the performance and the reliability of the tool.

Description

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ И РЕЛАКСАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ULTRASONIC TOOL FOR STRENGTHENING AND RELAXING PROCESSING OF METALS

Изобретение относится к области технологического использования энергии ультразвуковых колебаний для создания высокочастотного ударного воздействия на металлы и может быть применено в машиностроительной, судостроительной и других отраслях промышленности, в частности, для деформационного упрочнения и релаксационной обработки металлических поверхностей деталей и сварных швов ответственных конструкций, которые работают в условиях вибрационного нагружения и подвергаются усталостному разрушению. Поверхностное упрочнение металлических изделий и сварных швов, как заключительная технологическая операция, значительно увеличивает работоспособность деталей машин, повышает их качество и срок службы. На сегодняшний день значительное распространение получили методы поверхностной пластической деформации (ППД), такие как обкатка шариками и роликами, дробеструйный наклеп, пневмо- и электродинамическая обработка, виброобкатка и другие. Значительно повысился интерес к высокоэнергетическим видам обработки поверхности, к которым относится и поверхностное упрочнение с помощью ультразвуковых колебаний. Результаты испытаний и практика эксплуатации показывают, что при обработке металлов и, особенно, высокопрочных материалов, ультразвуковой способ является наиболее эффективным. С его помощью удается существенно повысить механические свойства конструкционных материалов и, прежде всего, увеличить усталостную прочность и износостойкость. В свою очередь, производительность и качество процесса ультразвуковой обработки, энергопотребление и удобства в работе в значительной степени зависят от конструкции и типа ультразвукового инструмента.The invention relates to the field of technological use of energy of ultrasonic vibrations to create a high-frequency impact on metals and can be applied in engineering, shipbuilding and other industries, in particular, for strain hardening and relaxation processing of metal surfaces of parts and welds of critical structures that work in vibration loading conditions and are subject to fatigue failure. Surface hardening of metal products and welds, as a final technological operation, significantly increases the efficiency of machine parts, increases their quality and service life. Today, methods of surface plastic deformation (PPD), such as rolling by balls and rollers, shot peening, pneumatic and electrodynamic processing, vibration rolling, and others, are widely used. Significantly increased interest in high-energy types of surface treatment, which include surface hardening using ultrasonic vibrations. The test results and operating practice show that in the processing of metals and, especially, high-strength materials, the ultrasonic method is the most effective. With its help, it is possible to significantly increase the mechanical properties of structural materials and, above all, to increase the fatigue strength and wear resistance. In turn, the productivity and quality of the ultrasonic treatment process, energy consumption and ease of use are largely dependent on the design and type of ultrasonic instrument.

Известен ультразвуковой инструмент для финишной обработки поверхности деталей (Патент России JNa 2266805 Cl, МПК B24B 39/00, 2005), содержащий ультразвуковой излучатель, в состав которого входят магнитострикционный преобразователь и жестко соединенный с ним трансформатор колебательной скорости (TKC). Излучатель размещен в бачке, оснащенном системой жидкостного охлаждения. Бачок расположен в корпусе инструмента и контактирует с ним через пружину, необходимую для прижима излучателя к обрабатываемой поверхности с определенной силой. Согласно изобретению TKC жестко соединен шпилькой с цилиндрическим волноводом-удлинителем из закаленной стали, длина которого кратна λ/2, где λ - длина продольной волны в материале волновода. На выходном конце волновода находится держатель, имеющий вид стакана со сквозными отверстиями в торце, в которых установлены стержни с утолщениями. В узловой плоскости волновода выполнена кольцевая проточка, в которой размещены шарики с возможностью качения, при этом накидная гайка, привинченная к стакану, ограничивает его перемещение вдоль оси волновода в сторону размещения стержней за счет выступающих над поверхностью волновода шариков. Бачок оснащен подводом и отводом охлаждающей жидкости и закреплен накидной гайкой в узловой плоскости TKC.A known ultrasonic tool for finishing the surface of parts (Russian Patent JNa 2266805 Cl, IPC B24B 39/00, 2005), containing an ultrasonic emitter, which includes a magnetostrictive transducer and a vibrational velocity transformer (TKC) rigidly connected to it. The emitter is located in a tank equipped with a liquid cooling system. The tank is located in the tool body and contacts it through a spring, which is necessary for pressing the emitter to the work surface with a certain force. According to the invention, the TKC is rigidly connected by a pin to a cylindrical hardened steel extension waveguide, the length of which is a multiple of λ / 2, where λ is the longitudinal wavelength in the waveguide material. At the weekend the end of the waveguide is a holder having the form of a glass with through holes in the end, in which the rods with bulges are installed. An annular groove is made in the nodal plane of the waveguide, in which the balls are placed with the possibility of rolling, and the union nut screwed to the glass limits its movement along the axis of the waveguide towards the placement of the rods due to the balls protruding above the surface of the waveguide. The tank is equipped with a coolant inlet and outlet and is secured with a union nut in the TKC nodal plane.

В известном устройстве в качестве источника ультразвуковых колебаний использован магнитострикционный преобразователь, коэффициент полезного действия (КПД) которого существенно ниже, чем у пьезоэлектрического преобразователя. Кроме того, магнитострикционные преобразователи требуют жидкостного охлаждения и подвода соответствующих шлангов, что в сумме увеличивает вес устройства и создает неудобства, особенно при работе с ручным инструментом. Использование стального волновода- удлинителя также увеличивает вес устройства и акустические потери из-за дополнительного резьбового соединения.In the known device, as a source of ultrasonic vibrations, a magnetostrictive transducer is used, the efficiency (efficiency) of which is significantly lower than that of a piezoelectric transducer. In addition, magnetostrictive converters require liquid cooling and the supply of appropriate hoses, which in total increases the weight of the device and creates inconvenience, especially when working with a hand tool. The use of a steel waveguide extension also increases the weight of the device and the acoustic loss due to the additional threaded connection.

Известен также виброударный инструмент с ультразвуковым возбуждением (Патент России JMo 2179919 C2, МПК B25D 9/14, B06B 1/08, B06B 1/12, B24B 39/04, 2000), содержащий корпус с эластичными виброизоляционными прокладками и источник ультразвука, состоящий из магнитострикционного преобразователя и TKC. Источник ультразвука размещен в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения, а обойма с бойками установлена вблизи торца TKC. Устройство имеет систему принудительного воздушного охлаждения, при этом магнитострикционный преобразователь и TKC закреплены во втулке, которая расположена на направляющих скольжения, соединенных с корпусом. Между внешней поверхностью втулки и внутренней поверхностью корпуса имеется зазор для выхода сжатого воздуха.Also known is a vibration impact tool with ultrasonic excitation (Russian Patent JMo 2179919 C2, IPC B25D 9/14, B06B 1/08, B06B 1/12, B24B 39/04, 2000), comprising a housing with elastic vibration-isolating gaskets and an ultrasound source, consisting of magnetostrictive transducer and TKC. The ultrasound source is housed in a housing with the possibility of reciprocating motion, and the clip with strikers is installed near the end of the TKC. The device has a forced air cooling system, while the magnetostrictive transducer and TKC are fixed in the sleeve, which is located on the slide rails connected to the housing. Between the outer surface of the sleeve and the inner surface of the housing there is a gap for the release of compressed air.

В известном устройстве использована воздушная система охлаждения для отвода тепла от магнитострикционного вибратора, не имеющего развитой теплообменной поверхности, что снижает эффективность охлаждения, а отсутствие датчика температуры может привести к неконтролируемому перегреву и выходу из строя инструмента. Обойма с бойками, которые сильно нагреваются во время работы, является вторым источником тепла, который в данном случае не поддается принудительному охлаждению, поэтому выделение тепла в зоне обработки нагревает TKC и другие детали устройства, что приводит к дополнительным перерывам в работе для их охлаждения и снижает производительность. Другим недостатком известного устройства является его недолговечность, что вызвано истиранием стальных бойков, разрушающих в свою очередь торец TKC. Отсутствие индикатора прижима бойков к обрабатываемой поверхности и сложная система прижима, состоящая из пружины и сжатого воздуха, приводят к нестабильности ультразвуковой виброударной обработки (УЗВУО).The known device uses an air cooling system to remove heat from a magnetostrictive vibrator that does not have a developed heat exchange surface, which reduces the cooling efficiency, and the absence of a temperature sensor can lead to uncontrolled overheating and failure of the tool. The holder with the strikers, which become very hot during operation, is the second heat source, which in this case is not amenable to forced cooling, therefore, heat generation in the processing zone heats the TKC and other parts of the device, which leads to additional interruptions in operation for cooling them and reduces performance. Another disadvantage of the known device is its fragility, which is caused by the abrasion of steel dies, which in turn destroy the end face of the TKC. Lack of an indicator of the clamping of the strikers to the surface to be treated and a complex clamping system, consisting of a spring and compressed air, lead to instability of ultrasonic vibro-shock processing (UZVUO).

Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности признаков и техническому результату является ультразвуковой инструмент для деформационного упрочнения и релаксационной обработки металлов (Патент Украины N° 68264, МПК B24B 39/00, B06B 1/06, 2007), содержащий корпус с защитным резиновым чехлом и крышкой, в котором установлен ультразвуковой преобразователь, соединенный с TKC и имеющий державку с ударными элементами. Ультразвуковой преобразователь смонтирован в стакане с возможностью осевого возвратно-поступательного движения внутри корпуса. Здесь расположены датчики возвратно-поступательного движения ультразвукового преобразователя и его температуры, которые включены в систему запуска и отключения генератора ультразвуковых колебаний. На корпусе также закреплена ручка с эластичным чехлом и возможностью поворота вокруг оси корпуса. Металлический стакан охватывает ультразвуковой преобразователь и TKC, который в узловой плоскости укреплен на кромке стакана через виброизоляционную прокладку. Здесь также установлена цилиндрическая насадка на одной оси с тонким концом TKC, а державка расположена на свободном конце насадки с возможностью поворота вокруг своей оси и быстрого снятия. Пневмокамера выполнена в виде полости между крышкой и дном стакана, а ультразвуковой преобразователь является составным пьезокерамическим вибратором. В пневмокамере расположена пружина, обеспечивающая возвратно-поступательное движение подвижной части инструмента.The closest to the proposed device in terms of features and technical result is an ultrasonic tool for strain hardening and relaxation processing of metals (Patent of Ukraine N ° 68264, IPC B24B 39/00, B06B 1/06, 2007), containing a housing with a protective rubber cover and cover , in which an ultrasonic transducer connected to the TKC and having a holder with percussion elements is installed. The ultrasonic transducer is mounted in a glass with the possibility of axial reciprocating motion inside the housing. Here are the sensors for the reciprocating motion of the ultrasonic transducer and its temperature, which are included in the start and stop system of the ultrasonic oscillation generator. A handle with an elastic cover and the possibility of rotation around the axis of the housing is also fixed on the body. The metal cup covers the ultrasonic transducer and the TKC, which in the nodal plane is mounted on the edge of the cup through a vibration-proof gasket. Here, a cylindrical nozzle is also installed on the same axis with a thin end of the TKC, and the holder is located on the free end of the nozzle with the possibility of rotation around its axis and quick removal. The pneumatic chamber is made in the form of a cavity between the lid and the bottom of the glass, and the ultrasonic transducer is a composite piezoceramic vibrator. A spring is located in the pneumatic chamber, providing reciprocating movement of the moving part of the tool.

Известный инструмент имеет малоэффективную систему охлаждения вследствие того, что ультразвуковой преобразователь не имеет развитой теплообменной поверхности и размещен в герметичном металлическом стакане, который только внешней поверхностью отдает тепло за счет движения атмосферного воздуха при изменении объема пневмокамеры. Нагретая державка с ударниками охлаждается только за счет естественного охлаждения. Размещение температурного датчика на дне стакана приводит к погрешности в измерении температуры ультразвукового преобразователя, поэтому инструмент при длительной эксплуатации может перегреться и выйти из строя. Использование оптического датчика со шторкой в качестве датчика возвратно- поступательного движения приводит к сбоям в работе при эксплуатации инструмента в условиях вибрации, ударов, воздействия пыли и влажности.The known instrument has an ineffective cooling system due to the fact that the ultrasonic transducer does not have a developed heat exchange surface and is placed in a sealed metal canister, which only gives off heat through the movement of atmospheric air when the volume of the air chamber changes. The heated holder with hammers is cooled only by free cooling. Placing the temperature sensor at the bottom of the glass leads to an error in measuring the temperature of the ultrasonic transducer, so the instrument may overheat and fail during prolonged use. Using an optical sensor with a shutter as a reciprocating motion sensor leads to malfunctions during operation of the tool in conditions of vibration, shock, exposure to dust and humidity.

Ударники со временем разрушают торец TKC и истираются сами, что уменьшает срок службы инструмента. Установка пружины в пневмокамере между дном стакана и крышкой корпуса в месте подвода проводов к датчикам температуры и возвратно-поступательного движения, а также проводов питания ультразвукового преобразователя, может вызвать обрывы проводов при их многократных изгибных деформациях.Drummers eventually destroy the end face of the TKC and wear themselves, which reduces tool life. Installing the spring in the air chamber between the bottom of the cup and the cover the housing at the point where the wires are connected to the temperature and reciprocating motion sensors, as well as the power wires of the ultrasonic transducer, can cause wire breaks during repeated bending deformations.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача совершенствования известного ультразвукового инструмента для деформационного упрочнения и релаксационной обработки металлов путем уменьшения нагрева за счет повышения эффективности принудительного воздушного охлаждения ультразвукового преобразователя и нагретых конструктивных элементов, а также увеличения достоверности контроля температуры за наиболее критичным к нагреву конструктивным элементом - пьезокерамическим ультразвуковым преобразователем. Одновременно приняты меры для уменьшения износа рабочих поверхностей ударников и торца TKC. Это даст возможность увеличить производительность УЗВУО, повысить надежность и срок службы инструмента, обеспечить безопасность и удобство при его эксплуатации.The basis of the invention is the task of improving the well-known ultrasonic tool for strain hardening and relaxation processing of metals by reducing heating by increasing the efficiency of forced air cooling of the ultrasonic transducer and heated structural elements, as well as increasing the reliability of temperature control for the most critical heating element - piezoceramic ultrasonic converter. At the same time, measures have been taken to reduce wear on the working surfaces of the strikers and the end face of the TKC. This will make it possible to increase the productivity of the ultrasonic air-ignition control system, increase the reliability and service life of the tool, and ensure safety and convenience during its operation.

Для решения поставленной задачи в ультразвуковом инструменте для деформационного упрочнения и релаксационной обработки металлов, содержащем корпус, в котором установлен с возможностью скольжения металлический стакан, охватывающий с зазором ультразвуковой пьезокерамический преобразователь (УПП), который содержит трансформатор колебательной скорости (TKC), соединенный в своей узловой плоскости с кромкой стакана, где на одной оси с выходным концом TKC, закреплена цилиндрическая насадка, на которой упруго зафиксирована державка с ударными элементами, датчик температуры, закрепленный на дне стакана, стопор в виде штифта, размещенный в продольном пазе корпуса и установленный на поверхности стакана, причем стакан смонтирован с возможностью осевого возвратно-поступательного движения относительно корпуса, которое регистрируется датчиком перемещения, при этом датчик включен в систему запуска генератора ультразвуковых колебаний, а в пневмокамере между дном стакана и крышкой корпуса расположена пружина сжатия, согласно изобретению в корпусе инструмента смонтирован индикатор силы прижима ударных элементов в виде калиброванной шкалы смещения стопора, датчик температуры установлен на заднем торце УПП, в дне стакана имеется отверстие со штуцером для прохождения сжатого воздуха, а в TKC есть сквозные отверстия, которые соединяют полость стакана с пространством между выходным концом TKC и насадкой, при этом державка снабжена отверстиями в осевом направлении, УПП имеет теплообменную поверхность в виде ребер, высота которых меньше зазора между стаканом и TKC, а выходной торец последнего и рабочие концы ударных элементов обладают высокой твердостью, например, за счет твердосплавного покрытия, при этом датчик перемещения выполнен в виде магнита, закрепленного на корпусе, и установленного напротив него в стакане магнитного датчика, например, датчика Холла.To solve the problem in an ultrasonic tool for strain hardening and relaxation processing of metals, containing a housing in which a metal cup is mounted with sliding possibility, covering with a gap an ultrasonic piezoceramic transducer (SCP), which contains a vibrational velocity transformer (TKC) connected in its nodal the plane with the edge of the glass, where on the same axis with the output end of the TKC, a cylindrical nozzle is fixed on which the holder with shock is elastically fixed elements, a temperature sensor mounted on the bottom of the glass, a pin-shaped stopper located in the longitudinal groove of the body and mounted on the surface of the glass, the glass being mounted with the possibility of axial reciprocating movement relative to the body, which is detected by the displacement sensor, and the sensor is included in the system start generator of ultrasonic vibrations, and in the pneumatic chamber between the bottom of the glass and the housing cover there is a compression spring, according to the invention, an indicator is mounted in the tool body p is the pressure force of the shock elements in the form of a calibrated scale for the displacement of the stopper, the temperature sensor is installed on the rear end of the soft starter, in the bottom of the glass there is an opening with a fitting for the passage of compressed air, and in TKC there are through holes that connect the cavity of the glass with the space between the output end of TKC and the nozzle, while the holder is provided with holes in the axial direction, the soft starter has a heat exchange surface in the form of ribs, the height of which is less than the gap between the glass and TKC, and the outlet end face of the latter and the working ends of the shock elements s have a high hardness, e.g., due to the carbide coating, wherein the displacement sensor is designed as a magnet mounted on the case, and installed opposite it in a glass of a magnetic sensor, for example, a Hall sensor.

Для повышения эффективности отвода тепла от ультразвукового преобразователя используется принудительное воздушное охлаждение. Холодный воздух через штуцер в дне стакана попадает в его внутреннюю полость, проходит в зазоре между теплоотдающими ребрами накладок пьезокерамического преобразователя, охлаждая их, потом через сквозные отверстия в TKC попадает в полость насадки, а затем державки ударников и через отверстия в последней выходит в окружающее пространство, забирая также тепло от нагретых деталей ударного узла. Большая теплообменная боковая поверхность накладок преобразователя и перфорация в державке обеспечивают эффективную теплоотдачу. Закрепление термодатчика непосредственно на задней накладке пьезокерамического преобразователя повышает достоверность информации о температуре чувствительных к перегреву пьезокерамических колец. При этом гарантируется отключение ультразвукового генератора инструменте при нагреве колец до заданной температуры в условиях экстремальной эксплуатации. Следующий запуск инструмента возможен только после снижения температуры колец до допустимой, что повышает надежность его работы.To increase the efficiency of heat removal from the ultrasonic transducer, forced air cooling is used. Cold air through the fitting in the bottom of the cup enters its internal cavity, passes in the gap between the heat-emitting ribs of the piezoceramic transducer plates, cooling them, then through the through holes in the TKC it enters the nozzle cavity, and then the hammer holders and through the holes in the latter exit into the surrounding space taking also heat from the heated parts of the shock assembly. The large heat exchange side surface of the converter plates and the perforations in the holder provide efficient heat transfer. Fixing the temperature sensor directly on the back plate of the piezoceramic transducer increases the reliability of temperature information of overheating sensitive piezoceramic rings. At the same time, the ultrasonic generator is switched off by the instrument when the rings are heated to a predetermined temperature under extreme conditions. The next start of the tool is possible only after the temperature of the rings is reduced to an acceptable one, which increases its reliability.

Датчик смещения ультразвукового преобразователя относительно корпуса включает ультразвуковой генератор только после надежного контакта ударников с поверхностью зоны обработки и автоматически выключает его после снятия силы минимального прижима ударников. Он выполнен в виде магнитного датчика Холла. Датчик заключен в герметический стакан из нержавеющей стали и взаимодействует через его стенки с магнитом, который закреплен на корпусе. Такая конструкция повышает надежность его срабатывания, что уменьшается риск работы преобразователя на холостом ходу и соответственно его недопустимый перегрев.The displacement sensor of the ultrasonic transducer relative to the housing turns on the ultrasonic generator only after reliable contact of the projectiles with the surface of the processing zone and automatically turns it off after removing the minimum force of the projectiles. It is made in the form of a magnetic Hall sensor. The sensor is enclosed in a sealed stainless steel cup and interacts through its walls with a magnet that is mounted on the housing. This design increases the reliability of its operation, which reduces the risk of the converter idling and, accordingly, its unacceptable overheating.

Выполнение исходного торца TKC с нанесением твердого сплава, например, электроискровым методом, существенно уменьшает разрушительное действие ударников на излучающую поверхность, и увеличивает срок службы инструмента. Такое же покрытие осуществляется и на сферической поверхности ударных элементов, которая воздействует на обрабатываемую поверхность, что также увеличивает общий ресурс работы инструмента, улучшает качество УЗВУО и уменьшает простои инструмента на замену изношенных ударников.The implementation of the original end face of TKC with the deposition of a hard alloy, for example, by the electrospark method, significantly reduces the destructive effect of impactors on the radiating surface, and increases the tool life. The same coating is carried out on the spherical surface of the impact elements, which acts on the surface to be machined, which also increases the overall resource of the tool, improves the quality of the ultrasonic shock absorbers and reduces tool downtime for replacing worn hammers.

Упругое осевое возвратно-поступательное движение ультразвукового преобразователя относительно корпуса обеспечивает прижим ударников к обрабатываемой поверхности с определенной силой. От силы прижима при постоянной амплитуде колебаний преобразователя зависит степень пластической деформации металлической поверхности, потому контроль силы прижима по степени упругой деформации (смещение стопорного штифта относительно корпуса) по индикатору смещения дает возможность контролировать режимы УЗВУО и оптимизировать ее в зависимости от прочности обрабатываемого материала, а также от конструктивных особенностей детали или изделия.The elastic axial reciprocating movement of the ultrasonic transducer relative to the housing provides a shock to the impactors to the work surface with a certain force. The degree of plastic deformation of the metal surface depends on the clamp force at a constant amplitude of the oscillations of the transducer, therefore, control of the pressing force by the degree of elastic deformation (displacement of the locking pin relative to the housing) by the displacement indicator makes it possible to control the modes of the ultrasonic vibrating system and optimize it depending on the strength of the material being processed, as well as on the design features of the part or product.

Вибрации, которые возникают при обработке изделий, в значительной степени гасятся за счет амортизирующих свойств пружины и воздуха, который находится внутри пневмокамеры. Использование демпфирующих свойства воздуха, при его вытеснении из пневмокамеры через узкую демпфирующую щель или втягивании при обратном ходе, уменьшает вредное влияние вибраций на руки оператора.The vibrations that occur during the processing of products are largely damped due to the shock-absorbing properties of the spring and the air that is inside the pneumatic chamber. The use of the damping properties of air, when it is displaced from the pneumatic chamber through a narrow damping slot or retracted during the reverse stroke, reduces the harmful effect of vibrations on the operator's hands.

Сущность изобретения объясняется схематическими чертежами, где на фиг.1 показан предложенный ультразвуковой инструмент в разрезе, а на фиг.2 - вид со стороны штифта (вид по стрелке А).The invention is explained by schematic drawings, in which figure 1 shows the proposed ultrasonic instrument in section, and figure 2 is a view from the side of the pin (view along arrow A).

Ультразвуковой инструмент для деформационного упрочнения и релаксационной обработки металлов содержит ультразвуковой составной пьезокерамический преобразователь 1, который состоит из двух пьезокерамических колец 2, сжатых при помощи стяжной шпильки 3 между задней накладкой 4 и ступенчатым трансформатором колебательной скорости (TKC) 5, изготовленным, например, из титанового сплава, который имеет выходной конец б меньшего диаметра. Ультразвуковой преобразователь установлен с зазором в герметичный стакан 7 из нержавеющей стали таким образом, чтобы его кромка 8 была связана с узловой плоскостью TKC через виброизоляционное уплотнение 9. К кромке 8 прикреплена цилиндрическая насадка 10, которая размещена на одной оси с TKC. На выходном конце насадки установлена державка 11 в форме стакана с возможностью поворота вокруг своей оси. На внешней поверхности державки есть сферические впадины 12, куда заходит шарик 13, прижатый плоской цилиндрической пружиной 14 для фиксации державки. В отверстия торца державки заключены ударные элементы 15, которые имеют утолщения на одном конце, предотвращающие их выпадение из державки. Стакан 7 установлен с зазором в корпус 16 на двух направляющих скольжения 17, изготовленных, например, из фторопласта. Пневмокамера 18, образованная внутренней поверхностью корпуса 16, внешней поверхностью стакана и направляющими 17, соединена с внешней средой через демпферную щель 19. Пружина сжатия 20 размещена в пневмокамере между кромкой 8 стакана и выступом 21 корпуса. Для предотвращения выпадения стакана 7 из корпуса 16 на нем закреплен стопор в виде штифта 22, который может двигаться в продольном пазе 23 корпуса. В стакан 7 вмонтирован магнитный датчик 24 (например, датчик Холла), который в процессе возвратно - поступательного движения взаимодействует с магнитом 25, размещенным напротив него в корпусе 16. Датчик температуры ультразвукового преобразователя 26 закреплен на торце задней накладки 4. Через герметичное уплотнение в крышке 27 стакана 7 подводится кабель 28, соединенный одним концом с ультразвуковым генератором (не показан), а вторым - с электродами пьезокерамических колец 2. Магнитный датчик 24 и датчик температуры 26 подключены соответствующими проводами к схеме запуска ультразвукового генератора.An ultrasonic tool for strain hardening and relaxation processing of metals contains an ultrasonic composite piezoceramic transducer 1, which consists of two piezoceramic rings 2, compressed with a tie pin 3 between the back plate 4 and the step transformer of vibrational velocity (TKC) 5, made, for example, of titanium alloy, which has an output end b of smaller diameter. The ultrasonic transducer is installed with a gap in a sealed stainless steel cup 7 so that its edge 8 is connected to the TKC nodal plane through a vibration isolation seal 9. A cylindrical nozzle 10 is attached to the edge 8, which is placed on the same axis as the TKC. At the output end of the nozzle mounted holder 11 in the form of a glass with the possibility of rotation around its axis. On the outer surface of the holder there are spherical depressions 12, where the ball 13 enters, pressed by a flat coil spring 14 to fix the holder. Impact elements 15 are enclosed in the openings of the end face of the holder, which have thickenings at one end, preventing them from falling out of the holder. The glass 7 is installed with a gap in the housing 16 on two slide rails 17 made, for example, of fluoroplastic. The pneumatic chamber 18, formed by the inner surface of the housing 16, the outer surface of the cup and the guides 17, is connected to the external environment through the damper slot 19. A compression spring 20 is placed in the pneumatic chamber between the edge 8 of the cup and the protrusion 21 of the housing. To prevent the cup 7 from falling out of the housing 16, a stopper is fixed on it in the form of a pin 22, which can move in the longitudinal groove 23 of the housing. A magnetic sensor 24 (for example, a Hall sensor) is mounted in the glass 7, which interacts with a magnet 25 located opposite it in the housing 16 during the reciprocating motion. an ultrasonic transducer 26 is mounted on the end of the back plate 4. A cable 28 is connected through an airtight seal in the lid 27 of the glass 7, connected at one end to an ultrasonic generator (not shown), and the other to piezoceramic ring electrodes 2. A magnetic sensor 24 and a temperature sensor 26 are connected appropriate wires to the start-up circuit of the ultrasonic generator.

Корпус 16 и прикрепленная к нему рукоятка 29 оснащены эластичными манжетами 30 и 31, например, из пористой резины. Степень смещения штифта 22 в пазе 23 корпуса отображается на индикаторе 32 (фиг. 2) в виде линейки или планки, которая имеет разноцветные зоны (например, зеленую, желтую, красную). В крышке 27 стакана 7 установлен штуцер 33 для подачи охлаждающего воздуха. Задняя накладка 4 и толстая часть TKC 5 имеют развитую теплообменную поверхность в виде ребер 34. Полость стакана 7 соединяется отверстиями 35 в TKC с пространством между тонким концом TKC 6 и насадкой 10, а в державке 11 выполнены отверстия 36 вдоль ударных элементов 15 для выхода охлаждающего воздуха в атмосферу. На торец 37 тонкого конца TKC 6 припаивается твердосплавная пластина, например, из сплава BK20, или наносится твердосплавное покрытие из того же сплава электроискровым способом. Ударные элементы 15 также имеют твердосплавное покрытие на рабочих сферических поверхностях, контактирующих с поверхностью изделия.The housing 16 and the handle 29 attached thereto are equipped with elastic cuffs 30 and 31, for example, of porous rubber. The degree of displacement of the pin 22 in the groove 23 of the housing is displayed on the indicator 32 (Fig. 2) in the form of a ruler or bar, which has multi-colored zones (for example, green, yellow, red). In the lid 27 of the glass 7 installed fitting 33 for supplying cooling air. The back plate 4 and the thick part of the TKC 5 have a developed heat-exchange surface in the form of ribs 34. The cavity of the cup 7 is connected by the holes 35 in the TKC with the space between the thin end of the TKC 6 and the nozzle 10, and in the holder 11 holes 36 are made along the impact elements 15 for the cooling outlet air to the atmosphere. A carbide plate, for example, of BK20 alloy, is brazed to the end face 37 of the thin end of TKC 6, or a carbide coating of the same alloy is applied by electrospark. Impact elements 15 also have a carbide coating on the working spherical surfaces in contact with the surface of the product.

Ультразвуковой инструмент работает следующим образом. Вначале на ультразвуковой генератор подается напряжение электрической сети и включается воздушная система охлаждения. Сжатый воздух поступает в инструмент через штуцер 33, проходит через каналы между охлаждающими ребрами 34, через сквозные отверстия 35, 36 в TKC 5 и державке 11. Ударные элементы 15 перед началом работы вводят в контакт с обрабатываемой поверхностью. Нажимом на рукоятку 29 добиваются осевого смещения всей колебательной системы инструмента, размещенной в стакане 7, относительно корпуса 16 на 3-5 мм до тех пор, пока магнитный датчик 24, который закреплен на крышке стакана 27, не попадет в зону действия магнита 25. В этот момент высокочастотное напряжение подается на пьезокерамические пластины, которые преобразуют его в механические колебания ультразвуковой частоты. TKC увеличивает амплитуду колебаний на своем свободном торце до 20-30 мкм. Прижатые к нему ударные элементы 15 начинают совершать вынужденные колебания, двигаясь в отверстиях державки 11. При этом кинетическая энергия, полученная ударными элементами от ультразвукового преобразователя, тратится на деформацию поверхности и на упругий отскок назад. Инструмент прижимается к поверхности с усилием порядка 40-60H, пружина 20 деформируется и штифт 22 смещается на соответствующее расстояние в пазе 23. Величина смещения, пропорциональная прижиму ударных элементов 15, отображается на индикаторе 32, который имеет метрическую шкалу и может контролироваться оператором. Воздух в пневмокамере 18 во время сжатия пружины также сжимается и начинает выходить через демпферную щель 19. Инструменту сообщают поступательное движение в направлении перпендикулярном его оси и обрабатывают изделие, охватывая всю необходимую поверхность.Ultrasonic instrument works as follows. First, the voltage of the electric network is applied to the ultrasonic generator and the air cooling system is turned on. Compressed air enters the tool through the nozzle 33, passes through the channels between the cooling fins 34, through the through holes 35, 36 in the TKC 5 and the holder 11. Impact elements 15 are brought into contact with the work surface before starting work. By pressing the handle 29, the axial displacement of the entire oscillatory system of the tool, located in the cup 7, relative to the housing 16 by 3-5 mm is achieved until the magnetic sensor 24, which is mounted on the cover of the cup 27, falls into the range of the magnet 25. B At this moment, a high-frequency voltage is applied to the piezoceramic plates, which transform it into mechanical vibrations of the ultrasonic frequency. TKC increases the amplitude of oscillations at its free end to 20-30 microns. The shock elements 15 pressed to it begin to make forced vibrations, moving in the holes of the holder 11. In this case, the kinetic energy received by the shock elements from the ultrasonic transducer is spent on deforming the surface and on the elastic rebound back. The tool is pressed to the surface with a force of the order of 40-60H, the spring 20 is deformed and the pin 22 is displaced by the corresponding distance in the groove 23. The amount of displacement proportional to the clamp of the shock elements 15 is displayed on indicator 32, which has a metric scale and can be controlled by the operator. The air in the pneumatic chamber 18 during compression of the spring is also compressed and begins to escape through the damper slot 19. The tool is informed of translational motion in the direction perpendicular to its axis and the product is processed, covering the entire necessary surface.

Потери, которые возникают в пьезокерамическом ультразвуковом преобразователе, нагревают его. За счет большой теплообменной поверхности ребер 34 тепло отводится воздухом системы охлаждения в окружающую среду, попутно охлаждая ударные элементы 15 и державку 11. Струи воздуха, выходящие через отверстия в державке, предотвращают попадание продуктов обработки (окалина, ржавчина, грязь и т.п.) в отверстия державки. В случаях эксплуатации при повышенных внешних температурах и возможных нарушениях технологического режима, когда температура пьезокерамических колец 2 может достичь критического значения, предусмотрен постоянный контроль температуры датчиком 26 и отключение ультразвукового генератора при нагреве преобразователя до заданной температуры.Losses that occur in a piezoceramic ultrasonic transducer heat it. Due to the large heat-exchanging surface of the fins 34, heat is removed by the air of the cooling system to the environment, simultaneously cooling the impact elements 15 and the holder 11. The air jets leaving the holes in the holder prevent the ingress of processed products (scale, rust, dirt, etc.) into the holes of the holder. In cases of operation at elevated external temperatures and possible violations of the technological regime, when the temperature of the piezoceramic rings 2 can reach a critical value, constant monitoring of the temperature by the sensor 26 is provided and the ultrasonic generator is switched off when the transducer is heated to a predetermined temperature.

Вибрации (низко- и высокочастотные), которые возникают в инструменте при обработке изделий, частично поглощаются виброизоляционным уплотнением 9. Дополнительно вибрации поглощаются пружиной 20 и пневмокамерой 18, что существенно снижает их вредное воздействие на руки оператора. Снижение вибрационных нагрузок на оператора также обусловлено виброизоляционными свойствами эластичных манжет 30, 31. Такая многоступенчатая защита (с использованием разных физических факторов — упругости, трения, вязкости) от действия вибраций позволяет добиться снижения их уровня к величинам, допускаемым соответствующими нормативными документами при работе с ультразвуковой аппаратурой. Возможность поворота державки 11 с ударными элементами вокруг своей оси уменьшает износ торца TKC 5, а возможность быстрой замены державки вместе с ударными элементами повышает удобство в работе с инструментом за счет экономии времени.Vibrations (low- and high-frequency) that occur in the tool during processing of products are partially absorbed by the vibration isolation seal 9. Additionally, the vibrations are absorbed by the spring 20 and the pneumatic chamber 18, which significantly reduces their harmful effect on the operator’s hands. The reduction of vibration loads on the operator is also due to the vibration isolation properties of elastic cuffs 30, 31. Such multi-stage protection (using various physical factors - elasticity, friction, viscosity) from the action of vibrations allows to reduce their level to the values allowed by the relevant regulatory documents when working with ultrasonic equipment. The ability to rotate the holder 11 with impact elements around its axis reduces the wear of the end face of the TKC 5, and the ability to quickly replace the holder together with impact elements increases the convenience of working with the tool due to time savings.

Использование эффективного отвода тепла от нагретого пьезокерамического преобразователя с контролем его температуры и охлаждения головки с ударными элементами повышает надежность инструмента и безопасность при эксплуатации, а сохранение рабочего состояния торца TKC продлевает срок службы инструмента. Многоступенчатая система виброзащиты снижает уровень вибрации при всех режимах виброударной обработки. Контроль силы прижима ударных элементов, увеличение ресурса выходных торцов ударных элементов и их быстрая замена повышает качество и производительность УЗВУО. Специальная конструкция датчика возвратно-поступательного движения повышает надежность и удобство в эксплуатации инструмента.The use of effective heat removal from a heated piezoelectric transducer with control of its temperature and cooling of the head with shock elements increases the reliability of the tool and operational safety, and maintaining the working state of the TKC end extends the life of the tool. The multi-stage vibration protection system reduces the level of vibration in all modes of vibration-shock processing. The control of the pressure force of the shock elements, the increase in the resource of the output ends of the shock elements and their quick replacement increases the quality and UZVUO performance. The special design of the reciprocating motion sensor increases the reliability and ease of use of the instrument.

Пример. Было изготовлено устройство, которое имело максимальную амплитуду колебаний пьезокерамического преобразователя на конце TKC около ЗОмкм, рабочую частоту ультразвукового генератора - 22 КГц и потребляло мощность 400 Вт от электрической сети. При использовании принудительного воздушного охлаждения ультразвуковой преобразователь и державка с ударными элементами имели допустимую температуру до 600C при непрерывной работе устройства в течение 15 мин. Вибрации и ударные нагрузки, которые возникали во время обработки металлических поверхностей, существенно снижались системой виброизоляции, что обеспечило длительную и безопасную работу оператора. Долговечность рабочего торца TKC во время обработки сталей средней прочности увеличилась в 3 - 4 раза. За счет сохранения рабочего состояния торца TKC и выходных концов ударных элементов повысилась эффективность обработки поверхности изделий и ее производительность.Example. A device was manufactured that had a maximum amplitude of oscillations of the piezoelectric transducer at the end of the TKC near ZOkmkm, the operating frequency of the ultrasonic generator was 22 KHz and consumed 400 W of power from the electric network. When using forced air cooling, the ultrasonic transducer and holder with shock elements had an allowable temperature of up to 60 0 C with continuous operation of the device for 15 minutes Vibrations and shock loads that occurred during the processing of metal surfaces were significantly reduced by the vibration isolation system, which ensured a long and safe operation of the operator. The durability of the working end of TKC during the processing of steels of medium strength increased by 3-4 times. By maintaining the working state of the end face of TKC and the output ends of the shock elements, the surface treatment efficiency and productivity increased.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

Формула изобретения Claim Ультразвуковой инструмент для упрочнения и релаксационной обработки металлов, содержащий корпус, в котором на направляющих скольжения установлен металлический стакан, охватывающий с зазором ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, к которому присоединен трансформатор колебательной скорости (TKC), связанный в своей узловой плоскости с кромкой стакана, где прикреплена цилиндрическая насадка, установленная коаксиально выходному концу TKC, на свободном конце которой упруго зафиксирована державка с ударными элементами, стопор в виде штифта, укрепленный на поверхности стакана и размещенный в продольном пазе корпуса, систему воздушного охлаждения, датчик температуры, причем стакан смонтирован с возможностью упругого осевого возвратно-поступательного движения относительно корпуса, которое регистрируется датчиком, причем датчик включен в систему запуска генератора ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что дополнительно в корпусе смонтирован индикатор силы прижима ударных элементов в виде шкалы смещения стопора, а датчик температуры установлен на ультразвуковом преобразователе, в дне стакана выполнено отверстие для подачи воздуха, а в TKC - сквозные отверстия, которые соединяют полость стакана с пространством между выходным концом TKC и насадкой, державка имеет отверстия, направленные в сторону обрабатываемой поверхности, ультразвуковой преобразователь и TKC в объеме стакана снабжены теплообменной поверхностью в виде ребер, высота которых меньше зазора между стаканом, ультразвуковым преобразователем и TKC, выходной торец TKC и выходные торцы ударных элементов выполнены высокотвердыми по отношению к материалу поверхности, с которой они контактируют, например, с твердосплавным покрытием, датчик возвратно-поступательного движения является магнитным и установлен в стакане из немагнитного материала, при этом постоянный магнит закреплен в корпусе, между кромкой стакана и внутренним выступом в корпусе установлена пружина сжатия, размещенная в пневмокамере, созданной цилиндрическими поверхностями корпуса и стакана и соединенной с внешней средой через демпферную щель.An ultrasonic tool for hardening and relaxation processing of metals, comprising a housing in which a metal cup is mounted on the slide rails, enclosing with a gap an ultrasonic piezoceramic transducer to which a vibrational velocity transformer (TKC) is connected, connected in its nodal plane to the edge of the cup, where a cylindrical nozzle mounted coaxially to the output end of the TKC, on the free end of which a holder with percussion elements is elastically fixed, the stopper in an ide pin mounted on the surface of the glass and placed in the longitudinal groove of the housing, an air cooling system, a temperature sensor, the glass being mounted with the possibility of elastic axial reciprocating motion relative to the housing, which is detected by the sensor, the sensor being included in the start-up system of the ultrasonic vibration generator, characterized in that an additional indicator of the pressure force of the shock elements is mounted in the form of a scale for displacing the stopper, and the temperature sensor is mounted on an ultra transducer, in the bottom of the glass there is a hole for air supply, and in TKC there are through holes that connect the glass cavity with the space between the output end of the TKC and the nozzle, the holder has holes directed towards the surface to be machined, the ultrasonic transducer and TKC in the glass volume are equipped with heat exchange surface in the form of ribs, the height of which is less than the gap between the glass, the ultrasonic transducer and TKC, the output end face TKC and the output ends of the shock elements are made of high hardness relative to When contacting the material of the surface with which they are in contact, for example, with a carbide coating, the reciprocating motion sensor is magnetic and mounted in a glass of non-magnetic material, while a permanent magnet is fixed in the housing, a compression spring is installed between the edge of the glass and the inner protrusion in the housing placed in a pneumatic chamber created by the cylindrical surfaces of the housing and the glass and connected to the external environment through a damper slot. ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/UA2008/000030 2007-06-08 2008-06-05 Ultrasonic tool for hardening and relaxation treatment of metals Ceased WO2008150250A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200706372 2007-06-08
UAA200706372A UA87006C2 (en) 2007-06-08 2007-06-08 Ultrasonic tool for deformation strengthening and relaxation metal MACHINing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008150250A1 true WO2008150250A1 (en) 2008-12-11

Family

ID=40093936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2008/000030 Ceased WO2008150250A1 (en) 2007-06-08 2008-06-05 Ultrasonic tool for hardening and relaxation treatment of metals

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA87006C2 (en)
WO (1) WO2008150250A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104962724A (en) * 2015-06-12 2015-10-07 邯郸市海拓机械科技有限公司 Portable ultrasonic impact gun
WO2016055254A1 (en) * 2014-10-07 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Handheld power tool with an excitation actuator which can vibrate
CN108705384A (en) * 2018-07-03 2018-10-26 昆山科森科技股份有限公司 Burr removal device for medical instrument part
CN109513908A (en) * 2018-12-29 2019-03-26 有研工程技术研究院有限公司 A kind of Vltrasonic device suitable for long time treatment magnesium alloy fused mass
RU2721486C1 (en) * 2019-12-02 2020-05-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) Device for surface finish-hardening of parts processing
CN115319401A (en) * 2022-07-26 2022-11-11 华东理工大学 Telescopic rotary type ultrasonic multi-processing head, processing device and processing method
CN117210660A (en) * 2023-09-14 2023-12-12 南京航空航天大学 A striker-type ultrasonic shot peening device for large gear structural parts and its operation process

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA99303C2 (en) 2010-03-12 2012-08-10 Якоб Исакович Клейман Ultrasonic tool for deformation processing surfaces and welds
UA105363C2 (en) * 2010-11-04 2014-05-12 Юрий Филиппович Кудрявцев Ultrasonic tool for impact machining parts and welded joints
WO2012064310A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-18 Kudryavtsev Yuriy Ultrasonic instrument for the impact treatment of hard to reach component and welded joint sites
UA99365C2 (en) * 2010-11-30 2012-08-10 Клейман Якоб Исакович Ultrasonic tool for impact treatment of surfaces of parts
WO2014168598A1 (en) * 2013-04-09 2014-10-16 Kudryavtsev Yuriy Ultrasonic tool for the impact treatment of workpiece surfaces

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU324081A1 (en) * М. В. Щербак, В. М. Чергештов, В. Н. Гинин, В. Г. Судоргин, Н. И. Щербаченко , Т. Г. Соломатина ULTRASONIC HEAD FOR TREATMENT OF HARD AND BRITICAL MATERIALS
UA68264A (en) * 2003-11-04 2004-07-15 Heorhii Ivanovych Prokopenko Ultrasonic tool for strain hardening and relaxation treatment of metals
RU2259912C1 (en) * 2004-02-26 2005-09-10 Шестаков Сергей Дмитриевич Ultrasonic vibration-percussion tool
UA9175U (en) * 2005-02-09 2005-09-15 Ultrasonic device for strengthening and nano-structurization of the surface of metals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU324081A1 (en) * М. В. Щербак, В. М. Чергештов, В. Н. Гинин, В. Г. Судоргин, Н. И. Щербаченко , Т. Г. Соломатина ULTRASONIC HEAD FOR TREATMENT OF HARD AND BRITICAL MATERIALS
UA68264A (en) * 2003-11-04 2004-07-15 Heorhii Ivanovych Prokopenko Ultrasonic tool for strain hardening and relaxation treatment of metals
RU2259912C1 (en) * 2004-02-26 2005-09-10 Шестаков Сергей Дмитриевич Ultrasonic vibration-percussion tool
UA9175U (en) * 2005-02-09 2005-09-15 Ultrasonic device for strengthening and nano-structurization of the surface of metals

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016055254A1 (en) * 2014-10-07 2016-04-14 Robert Bosch Gmbh Handheld power tool with an excitation actuator which can vibrate
CN104962724A (en) * 2015-06-12 2015-10-07 邯郸市海拓机械科技有限公司 Portable ultrasonic impact gun
CN108705384A (en) * 2018-07-03 2018-10-26 昆山科森科技股份有限公司 Burr removal device for medical instrument part
CN109513908A (en) * 2018-12-29 2019-03-26 有研工程技术研究院有限公司 A kind of Vltrasonic device suitable for long time treatment magnesium alloy fused mass
CN109513908B (en) * 2018-12-29 2020-11-06 有研工程技术研究院有限公司 Ultrasonic device suitable for long-time treatment of magnesium alloy melt
RU2721486C1 (en) * 2019-12-02 2020-05-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) Device for surface finish-hardening of parts processing
CN115319401A (en) * 2022-07-26 2022-11-11 华东理工大学 Telescopic rotary type ultrasonic multi-processing head, processing device and processing method
CN115319401B (en) * 2022-07-26 2023-11-03 华东理工大学 Telescopic rotary ultrasonic multi-processing head, processing device and processing method
CN117210660A (en) * 2023-09-14 2023-12-12 南京航空航天大学 A striker-type ultrasonic shot peening device for large gear structural parts and its operation process

Also Published As

Publication number Publication date
UA87006C2 (en) 2009-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008150250A1 (en) Ultrasonic tool for hardening and relaxation treatment of metals
RU2540230C2 (en) Ultrasound tool for straining of welds and surfaces
US20020014100A1 (en) Device for ultrasonic peening of metals
US7431779B2 (en) Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces
JP5051919B2 (en) Vibration system and tool for ultrasonic shock treatment
Malaki et al. A review of ultrasonic peening treatment
WO2012074499A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact machining of component surfaces
JP2005002475A5 (en)
WO2014168598A1 (en) Ultrasonic tool for the impact treatment of workpiece surfaces
WO2014031088A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact treatment of surfaces of components
US6894251B2 (en) Method for welding on stress-sensitive materials
UA68264A (en) Ultrasonic tool for strain hardening and relaxation treatment of metals
WO2012060798A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact treatment of components and welded joints
UA107039C2 (en) Ultrasonic impact treatment tool for part surfaces
RU2259912C1 (en) Ultrasonic vibration-percussion tool
JP5719032B2 (en) Peening device
WO2007015688A1 (en) Method for ultrasound vibro-impact processing of long-length product surface
EP2519380B1 (en) Unit for surface treatment of top layers, especially of metal
UA94051U (en) ULTRASONIC HAND TOOL FOR DEFORMATION STRENGTH AND RELAXATION METAL
RU2252859C1 (en) Ultrasonic tool for releasing residual stresses and strengthening surfaces of metals
WO2012064310A1 (en) Ultrasonic instrument for the impact treatment of hard to reach component and welded joint sites
RU2392106C1 (en) Ultra-sonic processing tool for deformation strengthening and relaxation treatment
RU2393953C2 (en) Ultrasound tool for strain hardening and relaxation processing
RU2137584C1 (en) Device for surface strengthening of parts ("ball track support")
KR101643736B1 (en) Portable surface treating apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08767353

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08767353

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1