Ultraschall-Bohrvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Ultraschall- Bohrvorriehtung zum Bohren und Fräsen von Löchern und Vertiefungen in harten Materia lien, enthaltend ein schallerzeugendes Ele ment, ein schallübertragendes Glied und ein Werkzeug, welches durch das schallübertra gende Glied in Schwingung versetzt wird und sieh dadurch in das zu bearbeitende Material hineinarbeitet.
Die Erfindung zeichnet sich im wesent lichen dadurch aus, dass als schallerzeugendes Element ein Ferritkörper vorgesehen ist.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Ultraschall-Bohrvorrichtung schematisch dargestellt.
In einem ultraschallerzeugenden Element 1. wird die elektrische Energie, die in einem Generator 4 erzeugt wird, über eine Antriebs spule 2 mit magnetischem Joch 3, in Ultra- sehalschwingungen verwandelt. Diese mecha nischen Schwingungen werden mittels eines konischen Übertragungsgliedes 5 auf das Werkzeug 6 übertragen. Das Werkzeug 6 wird dadurch ebenfalls in Schwingung versetzt und dringt in das zu bearbeitende Werkstück 7 ein, wobei die Wirkung durch ein Schleif mittels 8 verstärkt wird. Das Übertragungs glied 5 ist im Schwingungsknoten durch eine Scheibe 9 fest gehaltert.
Die ganze Vorrich tung ist ähnlich wie bei den Bohrmaschinen normaler Bauart verschiebbar auf einer Bohr säule 10 gelagert. Dabei wird das Werkstück 7 gegen das Werkzeug 6 oder umgekehrt durch eine spezielle Vorrichtung, wie z. B. Federzug, angepresst.
Eine zusätzliche Wirkung der Bohrmaschine ist möglich, indem das Werkzeug 6 bzw. das Werkstück 7 ausser der Axialbewegung noch eine Drehbewegung ausführt. In diesem Fall ist das Bohren auf rotationssymmetrische Vertiefungen beschränkt. Ohne Drehung von Werkzeug bzw. Werkstück lassen sich beliebig geformte Vertiefungen und Profile erreichen. In dieser Möglichkeit liegt ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Bohrvorrich tung.
Zur Bearbeitung eignen sich vor allem harte und spröde Materialien, wie z. B. Glas, Diamant und Hartmetall; weniger geeignet sind weiche und zähe Materialien wie Blei usw. Die Schnittgeschwindigkeit ist bei den harten Materialien im Vergleich mit den bis her bekannten Methoden sehr gut.
Als schallerzeugende Elemente können ver wendet werden: ein Stab 1 aus magnetostrik- tivem Ferrit, z. B. ein Nickel-Zink-Ferrit der Zusammensetzung (Ni0)o,6, (Zn0)o,4, Fe203. Der Stab ist von einer Antriebsspule umgeben, wobei der magnetische Fluss durch einen zy linderförmigen Mantel 3 aus hochpermeablem Ferrit geschlossen ist.
Das Übertragungsglied 5 besteht aus Mes sing, Stahl oder einem andern schallharten Stoff und kann mit dem Schallelement 1 ver- lötet, verkittet oder verschraubt sein. Durch die konusförmige Ausbildung des übertra- gungsgliedes 5 wird die Schwingungsampli tude verstärkt. Die Grösse der Verstärkung ist abhängig von der Form des übertragungs- gliedes 5 sowie vom Verhältnis der Quer sehnittsfläehen 5a, 5b am Anfang und Ende.
Das Werkzeug 6 besteht vorzugsweise aus einem zähen Material, z. B. Messing oder Stahl, und kann die Form eines Vollzylinders auf weisen. Zum Bohren von grossen Löchern wird hingegen zweckmässigerweise ein hohl- zylinderförmiges Werkzeug 6 verwendet; es lässt sich dadurch ein beträchtlicher Zeit gewinn erzielen.
Als Schleifmittel 8 eignen sieh zum Bei spiel Borkarbid, Diamantpulver oder Sili ciumkarbid, die vorzugsweise in Form einer Suspension in einer geeigneten Flüssigkeit dem Werkstück automatisch zugeführt wer den.
Mit der beschriebenen Ultraschall-Bohr vorrichtung lassen sich zum Beispiel rasch und sauber beliebig geformte Löcher in Glas schneiden. Versuche haben gezeigt, dass der Zeltaufwand zum Bohren eines einige Milli meter grossen Loches in eine Glasplatte von 7. Millimeter Dicke 10-20 Sekunden be trägt. Bei härteren Materialien, wie z. B. Rubin oder Diamant, betragen die entspre chenden Schnittzeiten 1-3 Minuten. Hier bei ist eine elektrische Leistung von ledig lich 10-20 Watt aufzuwenden, was gegen über den bis heute bekannten Ultraschall- Vorrichtungen einen besseren Wirkungsgrad ergibt.
Eine spezielle Anwendung findet das be schriebene Ultraschall-Bohrgerät zum Beispiel beim Bohren von Löchern in Uhrensteinen aus Rubin, beim Herausstanzen von Rondellen für Uhrensteine aus einer Rubinplatte, beim Bohren von Löchern in Ziehsteine zum Zie hen von runden oder profilierten Drähten usw.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungs gemässen Bohrvorrichtung gegenüber den bekannten Ultraschall-Vorrichtungen besteht darin, dass sie sich ohne Wasserkühlung be treiben lässt.
Ultrasonic drilling device The invention relates to an ultrasonic Bohrvorriehtung for drilling and milling holes and depressions in hard materia lien, containing a sound generating ele ment, a sound transmitting member and a tool which is caused to vibrate by the schallübertra lowing member and see thereby in the material to be processed works into it.
The invention is essentially characterized in that a ferrite body is provided as the sound-generating element.
In the drawing, an embodiment of the ultrasonic drilling device is shown schematically.
In an ultrasound-generating element 1. the electrical energy that is generated in a generator 4 is converted into ultrasonic vibrations via a drive coil 2 with a magnetic yoke 3. These mechanical vibrations are transmitted to the tool 6 by means of a conical transmission member 5. The tool 6 is thereby also set in vibration and penetrates the workpiece 7 to be machined, the effect being enhanced by grinding by means of 8. The transmission member 5 is firmly held in the vibration node by a disk 9.
The whole Vorrich device is slidably mounted on a drilling column 10 similar to the normal design drills. The workpiece 7 is against the tool 6 or vice versa by a special device, such as. B. spring balancer, pressed.
An additional effect of the drilling machine is possible in that the tool 6 or the workpiece 7 executes a rotary movement in addition to the axial movement. In this case, drilling is limited to rotationally symmetrical recesses. Any shaped recesses and profiles can be achieved without rotating the tool or workpiece. This possibility is a particular advantage of the Bohrvorrich device according to the invention.
Hard and brittle materials are particularly suitable for processing, such as B. Glass, diamond and hard metal; Soft and tough materials such as lead, etc. are less suitable. The cutting speed for hard materials is very good compared to the methods known up to now.
The following can be used as sound-generating elements: a rod 1 made of magnetostrictive ferrite, e.g. B. a nickel-zinc ferrite with the composition (Ni0) o.6, (Zn0) o.4, Fe203. The rod is surrounded by a drive coil, the magnetic flux being closed by a cylindrical jacket 3 made of highly permeable ferrite.
The transmission element 5 consists of brass, steel or some other reverberant material and can be soldered, cemented or screwed to the sound element 1. Due to the conical design of the transmission member 5, the oscillation amplitude is increased. The size of the reinforcement depends on the shape of the transmission element 5 and on the ratio of the cross-sectional areas 5a, 5b at the beginning and the end.
The tool 6 is preferably made of a tough material, e.g. B. brass or steel, and can have the shape of a full cylinder. In contrast, a hollow cylindrical tool 6 is expediently used for drilling large holes; This can save a considerable amount of time.
Suitable abrasives 8 are boron carbide, diamond powder or silicon carbide, for example, which are preferably automatically fed to the workpiece in the form of a suspension in a suitable liquid.
With the ultrasonic drilling device described, for example, holes of any shape can be cut quickly and cleanly in glass. Tests have shown that it takes 10-20 seconds to drill a hole a few millimeters in size in a glass plate 7 millimeters thick. With harder materials, such as B. ruby or diamond, the corre sponding cutting times are 1-3 minutes. Here at an electrical power of only Lich 10-20 watts, which results compared to the ultrasonic devices known to date, a better efficiency.
The ultrasonic drilling device described has a special application, for example, when drilling holes in watch stones from ruby, when punching rondels for watch stones from a ruby plate, when drilling holes in drawing dies for drawing round or profiled wires, etc.
A major advantage of the drilling device according to the invention over the known ultrasonic devices is that it can be operated without water cooling.