Устройство для волочения металла с наложением ультразвуковых колебаний на инструмент

Устройство для волочения металла с наложением ультразвуковых колебаний на инструмент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛА С НАЛОЖЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ИНСТРУМЕНТ, содержащее преобразователь ультразвуковых колебаний , соединенный с.ним резонансной длины волновод, в которсж перпендикулярно его оси размещена разъемная волока, состоящая из половин, соединенных упругим элементом в виде ленточной пружины, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности путем проведения процесса волочения с нагревом заготовки при упрощении конструкции, устройство снабжено первичной обмоткой и сердечником, образующими с ленi очной пружиной трансформатор. &д Ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩЕЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ I 103920 А

3(5В В 21 С 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3590156/22-02 (22) 14.03.83 (46) 23.07.84. Бюл. М 27 (72) В.В.Клубович, В.В.Рубаник, Ю.В.Царенко и A.A.Êîòoâ.

{71 ) Витебский технологическими ин" ститут легкой промышленности и Витебское отделение Института физики твердого тела и полупроводников

AH Белорусской ССР (53) .621.778.1.07(088.8) (56) 1. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко A.Â. Ультразвук и пластичность. Минск, "Наука и техника", 1976, с. 108.

2. Доклады AH БССР, 1979, Р 5, с. 448-451.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 740329, кл. B 21 С 3/00, 1978. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ

МЕТАЛЛА С НАЛОЖЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ

КОЛЕБАНИЙ HA ИНСТРУМЕНТ, содержащее преобразователь ультразвуковых колебаний, соединенный с.ним резонансной длины волновод, в котором перпендикулярно его оси размещена разъемная волока, состоящая из половин, соединенных упругим элементом в виде ленточной пружины, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности путем проведения процесса волочения с нагревом заготовки при упрощении конструкции., устройство снабжено первичной обмоткой и сердечником, образующими с лен- I очной пружиной трансформатор.

1103920

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в процессах плющения и волочения.

Известно устройство для волочения металлов с наложением ультразвуковых колебаний, содержащее магнитострикционный преобразователь, концентратор и волновод, в пучности смещений которого закреплена волока(11.

Недостатками данного устройства 10 являются большое усилие волочения, невозможность получения больших единичных обжатий.

Известно также устройство для волочения металла с наложением ультра- )5 звуковых колебаний, содержащее пре.образователь ультразвуковых колебаний и соединенный соосно с ним волновод резонансной длины, в котором перпендикулярно к его оси размещен О разъемный рабочий инструмент, состоящий из двух половинок, причем нижняя половинка рабочего инструмента подпружинена f23.

Недостатком данного устройства является малая эффективность при деформации прочных металлов, так как при этом необходимо увеличивать статическое усилие поджатия нижней половинки разъемного инструмента, при этом акустическая система становится замкнутой, и эффективность деформирования значительно уменьшается.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому 35 результату является устройство для волочения металла r наложением ультразвуковых колебаний на инструмент, содержащее преобразователь ультразвуковых колебаний, соединенный с 4р ним резонансной длины волновод, в котором перпендикулярно его оси размещена разъемная волока, состоящая из половин, соединенных упругим элементом в виде ленточной пружины $3 3. 45

Основными недостатками указанного устройства являются значительное усилие протягивания, что снижает производительность процесса, и невозможность деформации прочных металлов., При обработке твердых металлов для повышения пластичности широко используют электроконтактный нагрев.

Однако способ электроконтактного нагрева и устройства для его осуще55 ствления сложны в конструктивном отношении.

Цель изобретения — повышение производительности путем проведения процесса волочения с нагревом заго- 60 товки при упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что УСтройство для волочения металла с наложением ультразвуковых колебаний на,инструмент, содержащее 65 преобразователь ультразвуковых колебаний, соединенный с ним резонансной длины волновод, в котором перпендикулярно его оси размещена разьемная волока, состоящая из половин, соединенных упругим элементом в виде ленточной пружины, снабжено первичной обмоткой и сердечником, образующими с ленточной пружиной трансформатор.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из магнитострикционного преобразователя (не показан ) соединенного соосно с ним резонансной длины волновода 1, к торцу которого своей наружной поверхностью закреплен один конец ленточной пружины 2. Второй конец пружины прижат к первому. На соприкасающихся концах ленточной пружины с внутренней стороны жестко закреплены плашки 3 и 4, представляющие собой половинки разъемного рабочего инструмента, между которыми расположен обрабатываемый металл 5. Ленточная пружина с жестко закрепленными на ее концах половинками инструмента служит вторичной обмоткой трансформатора 6.

Устройство работает следующим образом.

Деформируемый металл 5 помещают между половинками рабочего инструмента — плашками 3 и 4, для чего пружину 2 разжимают. Затем системе сообщают ультразвуковые колебания и подают питающее напряжение на трансформатор 6 и протягивают металл 5.

При сообщении системе ультразвуковых колебаний конец пружины 2 с закрепленной на нем плашкой 4 получает импульс, под действием которого происходит деформация металла 5, расположенного между плашками 3 и 4, и отход плашки 4 от верхней половинки разъемного инструмента. Затем под действием усилия пружины плашка 4 возвращается в исходное положение, и процесс повторяется. В ленточной пружине 2, являющейся одновитковой вторичной обмоткой трансформатора 6, возникает. электродвижущая сила, и в цепи протекает ток. Так как поперечное сечение пружины во много раз превосходит сечение деформируемого металла, то через металл в зоне деформации протекает ток большей плотности.

В результате разогрева пластичность обрабатываемого металла повышается, что приводит к снижению усилия деформации и позволяет увеличить единичные обжатия. Изменяя величину напряжения на первичной обмотке трансформатора можно в значительных пределах менять плотность тока в очаге деформации и тем самым изменять в

1103920 широких пределах пластические свойства деформируемого металла.

Величину тока 3, необходимую для нагрева участка металла в очаге деформации до заданной температуры, рассчитываем из выражения 5

З Р,,t„= а(+)С, (1) где „ — время нагрева заготовки до заданной температуры;

m — масса участка металла в очаге деформации; 10 с(ь) — удельная теплоемкость металла при температуре разогрева;

R0 — электросопротивление металла. 15

Электросопротивление R можно:

1редставить в виде

Rî-P Ф вЂ” (2)

2, о

20 где О (+) — удельное электросопротивд а ление металла в очаге деформации при температуРе (Ц длина участка металла 25 . находящегося в очаге деформации;

S — площадь поперечного сечео ния.

Время нагрева 1н определяется длиной очага деформации 2 и скоростью протягивания Ч

t„=flv

Таким образом имеем (t) — =S q c(t)t, (Э)

1 р 9 Y а плотность материала деформируемой проволоки.

35 где

Площадь сечения ленточной пружины определяется из следующих условий:. через пружину протекает ток 3,определяемый условием (4), разогрев пружины не должен сказываться на ее упругих свойствах (необходимой жесткости) .

Корректным решением является сох анение эквивалентности между теплом, выделяющимся в пружине при р хр и охождении электрического тока и тепловым излучением пружины s окружающую среду. Для пружины кругового сечения

32Я = — "р(e) ö -„, п 2 где 1» — длина пружины, — диаметр пружины; продолжительность процесса деформации; сопротивление пружины;

Il зл чер(91 — удельная мощность излуч ния пружины при температуре.

Формулу (5) преобразуем исходя из (1) и (2)

pSOЧ,c(t)Vt Т, SP,(t)e 2 т. е. диаметр пружины определяется

g y 5 q c(t)÷t о

Ti 2P (e) y, (t1 2 и площадь поперечного сечения пружины будет у 2 —, (р Б с),с(+)Ч 12(Э

2 р (Цр(э)2

Определенная таким образом площадь поперечного сечения пружины будет удовлетворять указанным требованиям как по жесткости, так и по электрическим свойствам. Условие (6 ) справедливо для пружины любой формы сечения, так.как в этом случае излучаемая энергия пропорциональная площади боковой поверхности пружины.

Таким образом, для того, чтобы пружина удовлетворяла двум требованиям: являлась элементом акустической системы и витком трансформатора, необходимо, чтобы

2)Э (7)

Длина ленточной пружины выбирает.ся равной целому числу длин полуволн ультразвуковой волны в материале пружины.

" Р и м е Р . Производится плю- . щение проволоки из стали У9 диаметром 0,5 мм. Скорость деформации

0,4 м/с, амплитуда УЗК составляет

18 мкм. Материал ленточной пружины сталь 60С2, максимальная рабочая температура которого составляет

250 С. Температуру в очаге деформации поддерживают равной 1000ОС. щадь сечения пружины по (7) составляет 63 мм2. При этом задаются следующие параметры: ри

0 1,10-ь О . 7800 "/ э

С=700 Дж/кг град; р =1,1 10 Ом-м;

Р=0,3.104 Вт/м2р 2 =0,001 м. Допустимая температура разогрева пружины составляет 200 С. Исходя из условия (7l выбираем пружину с прямоугольным сечением 7 .10 мм . Длину ленточной пружины выбирают равной

740 мм, что составляет три длины ультразвуковой волны в пружине. Температура разогрева пружины в процессе эксплуатации не превышает 170 С, что не сказывается на ее жесткости в процеСсе длительной .эксплуатации.

1103920

Составитель A.Êàêîéëo .Техред Т.Дубинчак

Редактор Н.Яцола

Корректор В.Синицкая Заказ 5140/б Тираж 795

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение позволяет уменьшить усилие деформации на б0%, улучшить качество поверхности на 1-2 класса

По сравнению с деформацией без нагрева, а также увеличить единичные обжатия в 1, 5-2,0 раза.