Способ наладки прессового инструмента с системой ультразвуковых колебаний

Способ наладки прессового инструмента с системой ультразвуковых колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И "ФТЙ-Ж

Союз Советскик

Социвлистическик

Республик

< 1,?47555

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) jl,îïîë íèòåëüíîå к а нт. с вид-ву (5I)М, Кл. (22) Заявлено 12. 12.77 (21) 2551681/25-27

В 21 С 25/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет во делам нзобре1еннй н открытий

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень Р(е 26

Дата опубликования описания 17,07.80 (53) УДK 621.777. .07 (088.8 ) B. П. Северденко, B. И. Казаченок, И. Б. Покрас и B. Ф. Степанов (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель

Ижевский механический институт

{ 54} СПОСОБ НАЛАДКИ ПРЕССОВОГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в технике прессования изделий с применением ультразвуковых колебаний инструмента.

Наиболее близким по технической сущности является способ прессования изделий с применением ультразвука, который включает наложение ультразвуковых колебаний на пуансон, матрицу и подачу

10 смазки в очаг деформации под гидродинамическим давлением. Перед прессованием, с целью максимального отбора акустической энергии от преобразователя колебательную систему вводят в резонанс15 ный:режим. Для этого собственная частота элементов и всей колебательной системы должна совпадать с частотой возбуждаемых колебаний (1) .

Недостатком этого способа является

20 нарушение резонансного режима ультразвуковой системы в процессе прессования, что приводит к росту энергосиловых затрат, ухудшает условия смазки и ограничивает технологические возможности способа.

Цель изобретения — создание такого резонансного режима работы ультразвуковой системы, который не нарушается в процессе прессования заготовки, а следовательно, максимально снижает энергосиловые затраты на реализацию процесса, улучшает условия смазки и в целом увеличивает технологические возможности прессования с ультразвуком.

Указанная цель достигается тем, что в способе наладки прессового инструмента с системой ультразвуковых колебаний, заключающегося в настройке колебательной системы на ржонансный режим достижением равенства частоты собственных колебаний системы частоте возбуждаемых в инструменте колебаний, наложении ультразвуковых колебаний на инструментах в процессе прессования, а также непрерывной подаче смазки в очаг деформации под гидродинамическим давлением, настройку системы на ре747555 где

g I EF

30 занансный режим производят цод нагрузкой, равной усилию прессования, при этом частоту собственных колебаний элементов ультразвуковой системы находят по зависимости.

g — ускорение;

F,F — модуль упругости и площадь поперечного сечения заготовки соответственно;

Р Р Р . — среднее, максимальное и миср оси м и нимальное усилие прессования", 0 — длина волноводов;

5 — амплитудное значение возмущающей силы;

А — амплитудное значение смещений;

V — скорость прессования;

Т вЂ” период колебаний.

На фиг. 1 схематически показано устройство для прессования с наложением ультразв,:-:овых колебаний; на фиг. 2схема — показывающая смещение при нагрузке и разгрузке элеме1,тов колеба-тельной системы; на фиг. 3 — диаграмма в координатах "Усилие прессования-время ".

Колебательная систе;;;.": для выдавливания с. ультразвуковь ми колебаниями,. включает преобразователь 1 колебаний волноводь 2, контейнер 3. содержащий матрицу 4 с заготовкой : и пуачсон 6 (фиг., Способ осуществляется следую1цим Образом.

Предварительно колебательную. систему настраивают на резонансный режим беа нагрузки.

,ля этого включя От ультр Язву ков ю установку к путем плавного бесступенчатого регулирования .астсты генерируемых колебаний добива тгся резо .анси,, появление которого регистрируют по показаниям бесконтактного виброметра.

УБВ--2M. Для этой цели возможю II<;пользование и универсального инструментал::ного микроскопа УИМ-25О. Визуальчым путем по размаху", реверсивиого перемешечия нанесенной на образую цую торцовой части пуансона ": риски судят о наличии или отсутствии резонансного режима работы. ф

Затем Определяют с мплитудцое зпа и в ние воз мущающе и силы (фиг. 3 ) чс где P — усилие прессования без ультраГПФ звука," усилие прессования к моменту

1|l.h n полной разгрузки; — амплитудное значение сме l0 щений (равно суммс смещений пуансОна, и матрицы Е2

V — скОрость прессования

Т вЂ” период колебаний; — длина волноводов;

4 à — модуль упругости и площадь

F поперечного сечения заготовки соответственно.

Зная величину возмущающей силы, 20 находят среднее усилие прессования Р„-о

Р =р „-ь. (2 )

На основ" íèè полученного зн чения подсчитывают частоту собственных ко— лебаний элементов ультразвуковой сис J темы, обеспечивающую резонансный режим раОоты в процессе выдавливания где ф — ускорение.

Для пояснения физической сущност . изобретения, обеспечивающего эффект резонансного режима в процессе реализации способа, приводится его краткая математическая интерпретация.

Работу ультразвуковой системы можно описать следующим выражением

d2 c

40 Д Я. - р у

+ 0 Я= —. 5 а4ПШ ) где — смещение элемен1ов колеба— тельной системы; — частота собственных ко..ебаний системы, кГц

45 — ускорение, м/сек;

P — усилие прессования (средср. нее);

5 — амплитудное значение изменения возмущающей силы;

50 Lo — частота ввшуждэнпых кО,IQбаний, кГц;

Решение уравнения (4) имеет вид

Я

55 где — динамический коэффиц Оцт, равный

/, о 2. 2 Е g 2.

2 4 ср

747

15 — длина волноводов колебатель) цой системы, мм;

+ — коэффициент сопротивления среды.

Принимая во внимание, что значение возмущающей силы определяется из равенства

ЧТ

A-—

S-OE(Ð „-Р; )= получается в общем виде выражение для определения а мплитуды с мещений элементов колебательной системы

А ЫЕ

/ 2 1 2 2Р 2

ЕГ9(1- —. 11 х2/ р2, 4 ср

Своего максимального значения амплитуда достигает при резонансном режиме, когда обеспечивается равенство частот собственных и вынужденных колебаний системы, т.е. Г =01, С учетом этого резонансного условия выражение (1) запишется следующим образом 25 гпаХ С g ЕГ

Из формулы для расчета частоть: соб— ственных колебаний, имеющей вид

f=I E (9)

p„e следует, что с изменением Р, величины ф, Г также меняются в то время как значение У., выдаваемое генератором, остается неизменным. 35

Таким образом, для устранения этого отрицательного явления необходимо настраивать ультразвуковую систему не на холостом ходу, а под реальной нагрузкой, определяемой из разности ср п (10)

Значение А находится эксперимен ох тальным путем при настройке системы

45 в резонанс без нагрузки, например с помощью прибора УБВ-2 или микроскопа

У1 U4-2 50.

Разработанный способ прессования с контролируемой разгрузкой очага де50 формации в стабильном резонансном режиме амплитудно — частотных характеристик снижает энергосиловые затраты на осуществление процесса выдавливания с наложением ультразвуковых колебаний, облег55 чает проникновение смазки в зону контакта заготовки с матрицей и ее работу при прессовании, что значительно расширяет технологические возможности способа.

555 6

Апробация способа проводится на гидравлическом прессе (усилием 160), оснащенном опытной установкой для прямого прессования концевого режущего инструмента с ультразвуком. Для проведения испытаний применяется магнито — стрикционный преобразователь ПМЕ-15А-18, Ф питающийся от ультразвукового генератора

УЗà — 10 — 2. В качестве материала загото вок используют высоколегированные заэвтектоидные стали P и АР6М5 стандартного химического состава в прутках заводской технологии. Эти марки обла ают высокой прочностью и большой степенью деформационного упрочнения, поэтому относятся к классу труднодеформизуемых, а следовательно, позволяют реально оценить возможности способа на предельно тяжелых режимах работы. Мат., рицы изготавливают двух типов — для выдавливания прямозубых и винтовых разверток и спиральных сверл малого типоразмера (P (6 мм).

Перед прессованием на зеркало матрицы и стенки контейнера наносят графитомасляную смазку; выдержка смазки на поверхности заготовок 22-24 ч. Программа испытаний способа включает три серии опытов, Серия А. Прессование без ультразвука сопровождается развитием долевых трещин и разрушением изделий в процессе деформирования, который в целом можно характеризовать технически невоиспроизводи мы м.

Серия Б. При прессовании с ультразвуком по известному способу (настройка на резонансный режим при работе колебательной системы без нагрузки) имеют место те же отрицательные явления (несколько в меньшей мере), но усилия прессования имеют те же значения что и в серии А.

Серия В. При прессовании с ультразвуком по предложенному способу находят величину смещения элементов колебательной системы, определяют значения возмущающей силы и среднего усичия прессования и по формуле с учетом найденных параметров определяют собственную частоту элементов колебательной системы, обеспечивающую резонанс в процессе деформирования) усилие прессования по сравнению с данными серий

A и Б снижается на 28-40%, качество оформления наружного профиля полуфабрикатов хорошее. Трещин, ершов и расслоений не обнаружено. Полученные издзлия практически повторяют точность и чистоту прессового инструмента. Экономический эффект от внедрения способа только на одном специализированном предприятии 670 тыс. руб. в год. где

747 555 8 частоту собственных колебаний системы определяют по зависимости

Формула изобретения

Способ наладки прессового инструмента с системой ультразвуковых колебаний, заключающийся в настройке колебательной системы на резонансный режим достижением равенства частоты собственных колебаний системы частоте возбуждаемых в инструменте колебаний, наложении ультразвуковых колебаний на инструмент в процессе прессования, а также непрерывной подаче смазки в очаг деформации под гидродинамическим давлением, отличающийся кем, что, с целью увеличения технологических возможностей посредством снижения энергосиловых затрат и улучшения условий смазки за счет резонансного режима работы ультразвуковой системы непосредственно в процессе деформирова— ния, настройку системы на резонансный режим производят под нагрузкой, равной усилию прессования, при этом

Р =Р

Ср па Х

VT

hSo ь(р „-Р„;„ ЕГ;

g — ускорение; — модуль упругости материала заготовки;

i5 — площадь поперечного сечения заготовки;

РРР†. соответственно среднее, макср па i min симальное и минимальное усилие прессования;

20 1 — длина волноводов системы; 5 — амплитудное значение возмущающей силы;

V — скорость прессования;

Т вЂ” период колебаний, 25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Северденко В. П. и др. Обработка металлов давлением с ультразвуком. Изд.

"Наука и техника", Минск, 1973, с. 84, за рис. 27 (прототип).

747 555

Составитель В. Волков

Редактор С. Патрушева Техред М. Кузьма Корректор В. Синицкая

Заказ 4305/3 Тираж 986 П одписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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