19

Лекція №9 узо Загальні відомості про ультразвукову обробку.

2. Переваги і недоліки УЗО. Ультразвукові коливання

3. Технологічні схеми УЗО

1. Історія створення методу розмірної ультразвукової обробки

В античній Греції математиком і філософом Піфагором проводились досліди з натягнутою струною і були отримані гармонічні відношення звучащих струнних інструментів. Основи акустики були закладені Галілео Галілеєм, який, як і Піфагор почав зі струни.

Творцями сучасної теорії звука по праву вважаються Г.Гельмгольц і лорд Релей, які з другої половини XIX ст. виконали ряд фундаментальних робіт в цій області.

Інтенсивність звуку можна представити як потік енергії, що приходиться на одиницю площі. За одиницю площі прийнято вважати квадратний метр, звідси – Вт/м². Найтихіший звук, який сприймається людським вухом, рівний приблизно 10^-12 Вт/м², а дуже сильний – 10 Вт/м². Такої сили звук виходить від реактивного літака. При зльоті ж космічної ракети інтенсивність звуку перевищує 1000 Вт/м².

Щоб спростити спосіб вираження такого контрасту, інтенсивність найтихішого звуку прийняли за еталон, а однократне його збільшення у 10 разів назвали одним белом.

Щоб створити ультракороткі пружні хвилі, французький фізик Поль Ланжевен вперше застосував в 1917 р. п'єзоелектричний ефект, раніше відкритий братами Кюрі. В його установці під дією прикладеного змінного електричного поля вібрували кварцові пластинки. Вони генерували ультразвукові хвилі. Надалі як випромінювач був використаний інший ефект – магнітострикційний, описаний в 1847 р. Дж.Джоулем. Вже не кварцова пластинка, а феромагнітний стержень, поміщений в змінне магнітне поле, швидко змінював свою довжину і тим самим викликав коливання пружного середовища – повітря або рідини. З винаходом випромінювачів почався бурхливий розвиток теоретичних і прикладних досліджень, що стосуються ультразвука.

Було доведено, що енергія ультразвука може перетворюватися в хімічну, теплову і механічну. При роботі вібратора в рідині, наприклад у воді, безперервно виникають міхури, які з великою силою зриваються і викликають руйнування металів і інших високоміцних матеріалів. Тиск, який створюється при руйнуванні міхурів, складає сотні і навіть тисячі атмосфер.

Явище руйнування матеріалу під дією міхурів названо кавітацією.

Ідея практичного застосування кавітації була висвітлена англійським винахідником суднових парових турбін Парсонсоном ще в 1915 р., але потім вона була не заслужено. Про неї пригадали лише через 50 років, коли англійська фірма «Роллс-Ройс» зробила верстат, який знімав задирки з турбінних лопаток.

Питаннями кавітації займаються зараз вчені і інженери в багатьох країнах світу. Теоретичні ж її основи були закладені роботами петербурзького академіка Леонарда Ейлера, який передбачив в 1754 р. можливість утворення пустот в рідині.

В середині ХХ сторіччя американський інженер Льюіс Белемут відкрив спосіб розмірної ультразвукової обробки.

В 1953-1955 р. з'явилися перші промислові ультразвукові верстати, які різали метали, стекло, тверді сплави і дорогоцінні камені. Причому виявилося, що твердіші матеріали вигідніше обробляти, ніж м'які, пластичні. Наприклад, відносна швидкість і продуктивність обробки рубіна за допомогою ультразвуку в 4-5 разів вище, ніж сталі.

Ультразвукові коливання для обробки матеріалів застосовують з початку п'ятидесятих років. Значний внесок у розвиток цієї обробки внесли вітчизняні дослідники А. І. Марков, Б. Є. Мечетнер, В. Ю. Вероман, В. Ф. Казанцев, Л. Д. Розенберг і ін.