Устройство для ультразвуковой резки изделий из полимерных композиционных материалов

Полезная модель относится к устройствам для ультразвуковой резки изделий из листовых неметаллических материалов, и может быть использована для получения изделий из полимерных композиционных материалов и раскроя препрегов с последующей маркировкой выкроек для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной промышленности и ветроэнергетики. Устройство для ультразвуковой резки изделий из полимерных композиционных материалов включает вакуумный стол 1, пористую подложку 2, прижимное кольцо 3, генератор 4, соединенный с электромеханическим (пьезоэлектрическим) преобразователем 5, трансформатор 6 механических колебаний, узел 7 крепления съемного ножа 8, лазерную головку 9, установленную на подвижной каретке 10, перемещающейся по направляющим кронштейна 11. При реализации полезной модели обеспечивается возможность раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы с последующей маркировкой выкроек из полимерных композиционных материалов.

Полезная модель относится к устройствам для ультразвуковой резки изделий из листовых неметаллических материалов, и может быть использована для получения изделий из полимерных композиционных материалов и раскроя препрегов с последующей маркировкой выкроек для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной промышленности и ветроэнергетики.

Из уровня техники известно устройство для ультразвуковой резки, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с электромеханическим преобразователем, трансформатор механических колебаний. На последнем с помощью узла крепления установлено съемное лезвие, с возможностью колебательного перемещения с амплитудой 3050 мкм. Режущая кромка лезвия выполнена зубчатой и образована последовательно расположенными дугами окружностей диаметром D0,25 мм. Расстояние 8 между центрами дуг окружностей определяется из зависимости (0,08(D-0,02))^0,5SD. Съемное лезвие выполнено из титана. При этом в зоне режущей кромки материал лезвия включает твердые тугоплавкие соединения нитридов и оксидов титана. Устройство предназначено для резки листовых неметаллических материалов (Патент РФ 1805037, B26D 1/04, 2002 г.).

Достигаемый устройством технический результат заключается в расширении технологических возможностей за счет обеспечения способности эффективной резки композиционных материалов на основе органо-, угле- и стеклонаполнителей.

К недостаткам известного из уровня техники устройства, следует отнести его ограниченные технологические возможности. Устройство для ультразвуковой резки не позволяет получать изделия сложной формы из полимерных композиционных материалов.

Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути является устройство для ультразвуковой резки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с электромеханическим преобразователем, трансформатор механических колебаний, узел крепления ножа и съемный нож, при этом узел крепления ножа выполнен с возможностью поворота относительно своей горизонтальной оси (заявка 2012145735/02(073419), решение о выдаче патента от 26.10.2012 г.).

Достигаемый устройством технический результат заключается в обеспечении возможности раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы из полимерных композиционных материалов.

К недостаткам известного из уровня техники устройства, следует отнести его ограниченные технологические возможности. Устройство для ультразвуковой резки не позволяет маркировать вырезанные изделия сложной формы из полимерных композиционных материалов.

Технический результат полезной модели состоит в обеспечении возможности маркировки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов.

Выполнение этой задачи обеспечивается конструкцией устройства для ультразвуковой резки изделий, которое снабжено лазерной головкой, обеспечивающей маркировку вырезанных изделий. Лазерная головка установлена на подвижной каретке, которая имеет возможность перемещения в вертикальной плоскости по направляющим кронштейна под действием управляющей программы. При этом достигается фокусировка лазерного луча на поверхности изделия, включая выпукло-вогнутые поверхности, и гравировка надписи на технологически регламентированную глубину изделия. Применение заявляемой конструкции устройства для ультразвуковой резки позволяет маркировать вырезанные изделия сложной формы из полимерных композиционных материалов.

Для достижения поставленного технического результата устройство для ультразвуковой резки изделий из полимерных композиционных материалов, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с электромеханическим преобразователем, трансформатор механических колебаний, узел крепления ножа, выполненный с возможностью поворота относительно своей горизонтальной оси, и съемный нож, согласно полезной модели, снабжено лазерной головкой, функционально обеспечивающей маркировку вырезанных изделий, установленной на подвижной каретке, имеющей возможность перемещения в вертикальной плоскости по направляющим кронштейна.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 схематично представлено устройство для ультразвуковой резки;

- на фиг.2 - схема резки и маркировки сложнопрофильного изделия.

Устройство для ультразвуковой резки изделий из полимерных композиционных материалов включает вакуумный стол 1, пористую подложку 2, прижимное кольцо 3, генератор 4, соединенный с электромеханическим (пьезоэлектрическим) преобразователем 5, трансформатор 6 механических колебаний, узел 7 крепления съемного ножа 8, лазерную головку 9, установленную на каретке 10, перемещающейся по направляющим кронштейна 11.

Устройство для ультразвуковой резки изделий из полимерных композиционных материалов работает следующим образом.

Заготовка из полимерного композиционного материала в виде листа, препрега или композитной панели устанавливается на вакуумный стол 1 и закрепляется на нем с помощью вакуума, создаваемого через пористую подложку 2. Верхняя часть раскраиваемого материала прижимается к подложке 2 прижимным кольцом 3. Электрические колебания от генератора 4 подаются на электромеханический (пьезоэлектрический) преобразователь 5 и преобразуются в ультразвуковые колебания, усиливаемые трансформатором 6 (например, ступенчатого, типа) до амплитуды 30-50 мкм, и через узел крепления 7 подаются на съемный осциллирующий нож 8. Нож 8 начинает совершать ультразвуковые колебания с указанной амплитудой, осуществляя при этом процесс резания заготовки. Частота колебаний 44±4 кГц, мощность 30-60 Вт.

Узел крепления 7 съемного ножа 8 выполнен с возможностью поворота относительно своей горизонтальной оси. При этом лезвие ножа получает возможность перемещения по сложной пространственной траектории под различными заданными углами к плоскости изделия под действием управляющей программы. Поворот ножа в процессе резания обеспечивает профильную резку листовых тонкостенных и толстостенных полимерных композиционных материалов. По окончании процесса профильной резки листовых материалов лазерной головкой 9 осуществляется маркировка выкроек путем гравировки надписей на их поверхности с помощью лазерного луча. Для гравировки надписей на заданную глубину на сложной поверхности выкроек и фокусировки луча лазера, лазерная головка 9 перемещается подвижной кареткой 10 в вертикальной плоскости по направляющим кронштейна 11.

Применение заявляемой конструкции устройства для ультразвуковой резки позволяет осуществлять различные схемы раскроя заготовок и препрегов для многослойных изделий с последующей маркировкой с учетом совмещения слоев встык или внахлест для каждого отдельно взятого изделия, изготовляемого из полимерных композиционных материалов.

Профильные поверхности одинарной и двойной кривизны наиболее часто встречаются у изделий из композиционных материалов, применяющихся в авиационной и ракетно-космической технике. Профильная резка и правильная маркировка таких изделий представляет собой весьма трудоемкий процесс. Предлагаемая полезная модель позволяет осуществить раскрой сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы с последующей маркировкой выкроек из полимерных композиционных материалов.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - обеспечение возможности раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы с последующей маркировкой выкроек из полимерных композиционных материалов.

Анализ заявленной полезной модели на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата - обеспечения возможности раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы с последующей маркировкой выкроек из полимерных композиционных материалов.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для ультразвуковой резки изделий из листовых неметаллических материалов, и может быть использован для раскроя сложнопрофильных изделий с криволинейными боковыми поверхностями сложной формы с последующей маркировкой выкроек из полимерных композиционных материалов для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной промышленности и ветроэнергетики.

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Устройство для ультразвуковой резки изделий из полимерных композиционных материалов, содержащее стол, генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с электромеханическим преобразователем, трансформатор механических колебаний, узел крепления ножа, выполненный с возможностью поворота относительно своей горизонтальной оси, и съемный нож, отличающееся тем, что оно снабжено лазерной головкой, установленной на периферийной зоне стола с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости.