Установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов
Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам для упрочнения поверхности деталей машин и металлообрабатывающего инструмента и может быть использовано при обработке поверхности металлов. Установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов, включает лазерный излучатель, ультразвуковой излучатель с волноводом, и станину. Лазерный излучатель снабжен оптико-волоконным световодом, который установлен рабочим концом перпендикулярно обрабатываемой поверхности, а волновод установлен под углом 45° к обрабатываемой поверхности и соединен с ультразвуковым излучателем через магнитострикционный преобразователь. В волноводе выполнено отверстие, через которое пропущен световод таким образом, что их оси сходятся на обрабатываемой поверхности. Волновод выполнен продольно-крутильным, а диаметр отверстия для световода, равен 3÷8 мм. Данная конструкция позволит повысить производительность установки за счет совместного и объединенного во времени и пространстве воздействия источников лазерного и ультразвукового излучения, эффективность за счет воздействия продольно-крутильного волновода, прочность и глубину упрочняемого слоя металла. 2 илл.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам для упрочнения поверхности деталей машин и металлообрабатывающего инструмента и может быть использовано при обработке поверхности металлов.
Известно устройство для наложения ультразвуковых колебаний на заготовку при резьбонарезании, включающее излучатель ультразвуковых колебаний с волноводом, расположенным под углом к станине (см. патент РФ 
2290282, МПК9 B23G 1/16, B23G 1/44, опубл. 27.12.2006 г.).
Недостатками данной конструкции является низкая эффективность обработки, так как воздействие источника только механической энергии (ультразвуковых колебаний) недостаточно для создания высоко упрочненного слоя.
Известна установка для лазерной обработки, включающая источник лазерного излучения и оптико-волоконный световод (см. патент РФ на полезную модель, МПК7 В23К 26/00, 26/02, 26/03, 26/067, опубл. 10.12.2003 г.).
Недостатком такой установки является узкий интервал управления структурно-напряженным состоянием обрабатываемой поверхности, что приводит к снижению качества обработки и свойств упрочненного слоя.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности стали, включающая лазерный и ультразвуковой излучатель с волноводом (см. Вестник Самарского государственного технического университета, серия «Физико-математические науки», 2007, 1 (14)).
Недостатком прототипа является низкая производительность, так как источники лазерного и ультразвукового воздействия разделены во времени и пространстве.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности установки, ее эффективности, улучшения качества и увеличения глубины упрочняемого слоя.
Решение технической задачи достигается тем, что известная установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов, включающая лазерный излучатель, ультразвуковой излучатель с волноводом, и станину, согласно полезной модели, лазерный излучатель снабжен оптиковолоконным световодом, который установлен рабочим концом перпендикулярно обрабатываемой поверхности, а волновод установлен под углом 45° к обрабатываемой поверхности и соединен с ультразвуковым излучателем через магнитострикционный преобразователь, при этом в волноводе выполнено отверстие через которое пропущен световод таким образом, что их оси сходятся на обрабатываемой поверхности.
Волновод выполнен продольно-крутильным, а диаметр отверстия для световода, равен 3÷8 мм.
Данная конструкция позволит повысить производительность установки за счет совместного и объединенного во времени и пространстве воздействия источников лазерного и ультразвукового излучения, эффективность за счет воздействия продольно-крутильного волновода, прочность и глубину упрочняемого слоя металла.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид установки для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов, на фиг.2 - продольно-крутильный волновод с отверстием, в которое установлен световод.
Установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов включает лазерный излучатель 1 и ультразвуковой излучатель 2 с волноводом 3 и станину 4. Лазерный излучатель 1 снабжен оптиковолоконным световодом 5, который установлен рабочим концом перпендикулярно обрабатываемой поверхности 6 через отверстие 7 в волноводе 3. Причем волновод 3 установлен под углом 45° к обрабатываемой поверхности 6 и соединен с ультразвуковым излучателем 2 через магнитострикционный преобразователь 8. Световод 5 установлен в отверстии 7 волновода 3 таким образом, что их оси сходятся в одной точке на обрабатываемой поверхности 6. Волновод 3 выполнен продольно-крутильным, с диаметром отверстия 7 равным 3-8 мм. Магнитострикционный преобразователь 8 установлен на направляющей 9, один конец которой подвижно прикреплен к опоре 10, другой конец находится в регулируемой взаимосвязи с опорой 11, через динамометр 12. Магнитострикционный преобразователь 8 установлен с возможностью регулирования положения посредством пары червяк-рейка 13
Установка работает следующим образом.
На станину 4 устанавливают образец 6. К обрабатываемой поверхности образца 6 прижимают рабочей поверхностью продольно-крутильный волновод 3 с магнитострикционным преобразователем 8 с помощью пары червяк-рейка 13, усилие прижима которого контролируют динамометром 12. Оптико-волоконный световод 5 устанавливают в отверстие 7 волновода 3. Причем при выполнении диаметра отверстия 7 меньше 3 мм снижается производительность установки, а при диаметре больше 8 мм - увеличиваются потери ультразвуковых колебаний. Диаметр световода 5 должен соответствовать диаметру отверстия 7.
Одновременно на обрабатываемую поверхность направляют ультразвуковое и лазерное излучение. В результате этого одновременного воздействия лазерного излучения с ультразвуковыми продольно-крутильными колебаниями происходит упрочнение поверхности металла по схеме «пластическое деформирование - лазерное излучение - пластическое деформирование». Причем продольно крутильный волновод 3 оказывает высокоэнергетическое воздействие на поверхность, что позволяет увеличить толщину упрочненного слоя и повысить эффективность установки в целом. Кроме того, предлагаемая установка позволит получить высокое качество обрабатываемой поверхности, которая не требует дополнительной механической обработки перед использованием, что снижает себестоимость проведения процесса упрочнения.
Использование предлагаемой установки для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов позволит по сравнению с прототипом повысить производительность и эффективность установки.
1. Установка для лазерно-ультразвуковой обработки поверхности металлов, включающая лазерный излучатель, ультразвуковой излучатель с волноводом и станину, отличающаяся тем, что лазерный излучатель снабжен оптико-волоконным световодом, который установлен рабочим концом перпендикулярно обрабатываемой поверхности, а волновод установлен под углом 45° к обрабатываемой поверхности и соединен с ультразвуковым излучателем через магнитострикционный преобразователь, при этом в волноводе выполнено отверстие, через которое пропущен световод таким образом, что их оси сходятся на обрабатываемой поверхности.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что волновод выполнен продольно-крутильным, а диаметр отверстия для световода равен 3÷8 мм.
