книги из ГПНТБ / Хорбенко, И. Г. Ультразвук в машиностроении

отделения стружки, ванны ультразвуковой очистки и пас­ сивирования, а также камеру сушки. Производительность установки 20 кг/ч.

По чертежам ВНИИТВЧ им. В. П. Вологдина изготов­ лена ультразвуковая установка УЗУ2-0,63-0, предназна­ ченная для очистки мелких деталей электровакуумной, радиотехнической, оптической и часовой аппаратуры от флюса хлористого цинка, жировых загрязнений, полиро­ вочных паст и т. п. Установка состоит из трех технологи­ ческих и одной генераторной секций. В каждую секцию входят ванна с бортовым отсосом, бойлер для электро­ подогрева раствора или воды, фильтр-отстойник с погруж­ ным насосом и змеевиком охлаждения, а также краны и клапаны. Первая секция ультразвуковая, в дно которой встроено восемь пьезокерамических преобразователей типа ПП2-0,1/18. Рабочая частота 18 кГц, выходная мощность 0,63 кВт, масса 220 кг.

Во ВНИИТВЧ разработана ультразвуковая установка УЗУ4-1,6-0, предназначенная для очистки сетчатых ме­ таллических фильтров топливных, масляных, гидравличе­ ских и воздушных систем. Набор сменных конусов, при­ лагаемых к установке, и конструкция универсальной под­ вески позволяет устанавливать и очищать фильтры раз­ личных габаритов. Кроме того, на установке можно про­ изводить очистку различных мелких деталей, а также де­ талей, имеющих геометрическую форму тел вращения. Для очистки мелких деталей установка комплектуется сетчатой подвеской барабанного типа. Установка состоит из технологического блока, блока управления и генера­ торного блока. Выходная мощность генератора 1,6 кВт, потребляемая мощность 8 кВт, напряжение питающей

Для финишной очистки глухих глубоких (в том числе резьбовых) отверстий в прецизионных деталях органиче­ скими или слабощелочными растворами разработан уль­ тразвуковой стенд СУОГ-2. Для успешного ведения про­ цесса очистки стенд снабжен ручным устройством УОГ-4 (рис. 33) с комплектом сменных изгибно-колеблющихся рабочих волноводов, обеспечивающих очистку всего диа­ пазона и всей поверхности глухих отверстий, встречаю­ щихся в деталях приборного производства. Источником питания УОГ-4 служит серийный ультразвуковой генера­ тор УЗГ-З-0,4, встроенный в стенд. Использование в стенде

120

герметизированного бокса 4Б-ОС-А со шлюзовой камерой существенным образом улучшает условия труда, так как позволяет проводить процесс очистки высокоэффектив­ ными органическими растворителями, обеспечивая соблю­ дение норм техники безопасности. Применение стенда СУОГ-2 позволяет ликвидировать существующие трудоем­ кие ручные операции по очистке отверстий ершами, там­ понами и т. п. и обеспечивает качественную очистку глу­ хих глубоких отверстий в прецизионных деталях. Рабочая частота 44 ± 10% кГц. Размеры очищаемых отверстий: диаметр — 1,2—8 мм; глубина 5—40 мм; наибольшие раз­ меры очищаемых деталей 180 X 180 X 200 мм. Емкость бака с моющей жидкостью 32 л. Потребляемая мощность

масса стенда 100 кг, устройства 0,6 кг. В работе [14] приведены результаты исследований ультразвуковой очистки глухих отверстий с малыми размерами и сплош­ ной конфигурацией поперечных сечений, а также трудно­ доступных щелевых зазоров. В работе [38 ] показано прак­ тическое применение ультразвуковых устройств для очистки глухих отверстий.

Ультразвуковой метод применяют и для очистки про­ водов и проволочных спиралей. Ультразвуковая уста­ новка УЗУ 1-1-0 предназначена для непрерывной очистки вольфрамовых спиралей и биспиралей. На дне ультра­ звуковых ванн размещены пьезоэлектрические пресбра-

121

зователи ПП2-0,1-18. В первой ванне встроены четыре преобразователя, над каждым из которых смонтирован съемный смоточный механизм. На механизме крепится кассета с очищаемой спиралью. Очистка производится в щелочном растворе непосредственно на кассете при сматывании. Во второй ванне встроены восемь преобра­ зователей, где спирали также очищаются в щелочном растворе. В третьей ванне размещены четыре преобразо­ вателя; спирали промываются проточной горячей водой. Внутри каркаса установлены два дистиллятора, бак с ди­ стиллированной водой, вентилятор с электрическим ка­ лорифером нагрева воздуха для сушки и бак-отстойник рециркуляции щелочного раствора. Нагрев раствора элек­ трический с автоматическим поддержанием температуры. Потребляемая мощность установки 18 кВт, диаметр очи­ щаемой спирали 0,3—0,8 мм, габариты установки 3500 X X 600 X 1400, масса 800 кг. Ультразвуковая установка может применяться и для очистки поверхности провода перед нанесением лака.

Во ВНИИТВЧ разработана и изготовлена специали­ зированная лабораторная ультразвуковая установка УЗУ1-2,5-0, предназначенная для непрерывной очистки вольфрамовых и молибденовых проволок и вольфрамовых спиралей на керне [29]. На рис. 34 схематично показан технологический процесс очистки. Катушки с проволокой или спиралью на керне устанавливаются на смоточное устройство 1 с тормозным механизмом для обеспечения равномерного сматывания. Роликами 2 проволока на­ правляется в последовательно расположенные три ультра­ звуковые ванны 3, в дно которых встроены четыре магнитострикционных преобразователя 4 мощностью по 0,6 кВт каждый, и работающие на частоте 18—20 кГц. Длина ра­ бочей части каждого преобразователя 41 см. Проволока или спираль при перемотке передвигается в непосред­ ственной близости от поверхностей магнитострикционных

Рис. 34. Схема технологического процесса ультразвуковой очистки вольфрамовой проволоки и спиралей

122

преобразователей, чем достигается высокая эффектив­ ность очистки. После ультразвуковой обработки прово­ лока промывается в ваннах 5 с проточной водой, а также механически протирается ватными тампонами, пропитан­ ными в 1%-ном растворе соляной кислоты 6, в дистилли­ рованной воде 7 и спирте 8. Затем по направляющим роликам 9 проволока поступает на раскладное устройство и намоточную катушку 10. В установке предусмотрена возможность одновременной перемотки и очистки про­ волоки параллельно в три ручья, что значительно повы­ шает ее производительность.

Энергия для питания ультразвуковых установок по­ дается к потребителям в зависимости от их технологиче­ ского назначения. Среднюю мощность, потребляемую уста­ новкой, можно определить из выражения

Р ср — — Р г . ср + — Р Н. С р а. м. ср?

где Рг С р — средняя мощность, потребляемая генерато­ рами; Рт„ ср — средняя мощность, идущая на техноло­ гические нужды; Ра. м. Ср'— средняя мощность, потреб­ ляемая автоматикой и приводами механизмов.

Мощность, потребляемая установкой, делится на по­

лезную Рпол И МОЩНОСТЬ потерь Рср = Рср — Р пол, за­ висящую от к. п. д. генераторов, преобразователей и тепло­ изоляции технологических устройств. Показателями уль­ тразвуковых установок служат коэффициент использова­ ния площади излучающей поверхности и энергоемкость, характеризующая затраты энергии на единицу производи­ мой продукции. На практике энергоемкость целесооб­ разно определять учетом условной часовой производи­ тельности. Зная среднюю мощность Рср, потребляемую установкой, и ее условную часовую производитель­ ность /7усл ч,_ можно определить условную энергоемкость очистки

Пуел•ч

На основе вычисленных значений коэффициента ис­ пользования площади излучающей поверхности, условной часовой производительности очистки и коэффициента энер­

123

Промышленное применение ультразвуковой очистки

Процесс ультразвуковой очистки можно разделить на сле­ дующие основные группы: удаление механических загряз­ нений, металлической пыли, стружки, наклеенных смол

изащитных эмалей, нагаров, флюсов, пригаров (очистка); удаление жировых загрязнений, масел, полировочных и притирочных паст (обезжиривание); удаление продуктов коррозии, в том числе окислов, ржавчины или окалины (травление). Например, кольца подшипников очищают от полировочной пасты, печатные платы — от флюса, детали

ижесть — от термической окалины, оптические детали и драгоценные камни — от полировочных веществ и пыли, мелкие детали -— от заусенцев, медицинский инструмен­

тарий и стеклянную тару — от различных загрязнений

ит. д.

Впромышленности ультразвуковая очистка находит

применение в следующих технологических процессах: перед и после сборки деталей и узлов, перед контроль­ ными операциями, перед консервацией и после расконсер­ вации деталей, перед и после сварки, после шлифования и полировки, после горячей и холодной штамповки, после термической обработки, пайки, после испытаний при воз­ действии жидкости и газов и во многих других процессах. Однако особенно сильные загрязнения после складского хранения, а также окалину после литья, горячей штам­ повки и проката нецелесообразно удалять с применением ультразука. В этом случае рекомендуется прибегать к пред­ варительной химико-механической очистке.

Характерные отличительные особенности деталей, ко­ торые нужно очищать, в большой степени определяют кон­ струкции ультразвуковых установок: ультразвуковой очистке могут подвергаться крупногабаритные детали, трубы и трубопроводы, прокат и полосовая лента, детали сложной конфигурации и детали, имеющие форму тел вращения, мелкие детали часовой, радиоэлектронной и оптической промышленности, инструменты, ампулы и про­ бирки медицинской и фармацевтической промышленностей, стеклянная тара пищевой промышленности и т. д.

Кроме перечисленных серийных ультразвуковых агре­ гатов, установок и ванн создано много других образцов ультразвуковой аппаратуры, причем если для ультразву­ ковых агрегатов и установок необходимо специализиро-

124

в энное производство, то изготовление ультразвуковых ванн доступно любому предприятию. На некоторых круп- н ых промышленных предприятиях конструкторскими бюро создаются специальные ультразвуковые установки, ко­ торые затем передаются в серийное производство или из­ готовляются по заказу других предприятий.

Одной из серьезных проблем является очистка труб и трубопроводов отчасти из-за больших габаритных раз­ меров и сложных соединений, а также из-за большой за­ грязненности в процессе эксплуатации. Разработанный в Советском Союзе новый способ ультразвуковой очистки позволяет очищать трубы любой конфигурации и любой загрязненности. Этим способом можно очищать наружную и внутреннюю поверхности при различных длинах и диа­ метрах трубопроводов с неограниченным количеством из­ гибов. С каждым годом растут требования к качеству по­ верхности труб в связи с повышением требований к дета­ лям и механизмам, износостойкости, коррозионной стой­ кости, прочности и т. д. Как показали результаты иссле­ дований, проведенные в ряде организаций, использование ультразвуковых колебаний при химической очистке труб значительно интенсифицирует процесс. Однако метод очистки труб с использованием энергии колебаний ультра­ звукового диапазона пока не получил еще достаточно широ­ кого распространения. Это, по-видимому, связано с не­ достаточным обоснованием рекомендаций по выбору наи­ более эффективной схемы очистки.

В Ростовском институте сельскохозяйственного маши­ ностроения проведены исследования процесса очистки по­ верхностей труб с использованием энергии ультразвуко­ вых колебаний. В результате исследований теоретически рассчитано звуковое давление на внутренней и наружной поверхности труб в акустическом поле цилиндрического излучателя в зависимости от типоразмеров, материала труб, частоты ультразвуковых колебаний и волнового со­ противления среды. Исследования позволили сделать вы­ вод, что использование колебаний ультразвукового диа­ пазона частот при химической очистке труб от коррозии и жировых загрязнений позволяет значительно интенси­ фицировать процесс очистки и получить высокую чистоту внутренней и наружной поверхности труб, имеющих ма­ лый диаметр при большой длине, чего невозможно достиг­ нуть методами очистки, применявшимися до настоящего времени.

125

В одной из ультразвуковых установок с помощью спе­ циального устройства создается большая удельная плот­ ность упругих колебаний, излучаемых ультразвуковыми преобразователями. При этом предусмотрено воздействие на очищаемые трубы механических колебаний. При соблю­ дении технологии подготовки устройства к работе и вы­ полнения инструкции по ее эксплуатации один погонный метр трубы очищается за 50—60 с. По сравнению с песко­ струйным способом очистки применение установки сокра­ щает время очистки в 2—3 раза. На установке можно очи­ щать трубы диаметром 8— 100 мм, длина очищаемых .труб 4—6 м. В установке предусмотрено три магнитострикционных преобразователя с обратной связью, работающих на резонансной частоте 18— 19 кГц от генератора УЗГ-10М. Рабочая емкость ванны 0,9 м3, масса ванны 800 кг.

В результате анализа различных способов ультразвуко­ вой очистки труб в прокатном производстве установлено, что основным технологическим параметром, определяю­ щим выбор той или иной схемы, является скорость ультра­ звуковой очистки. В каждом случае скорость очистки за­ висела от технологии прокатки и вида смазки, толщины стенки и диаметра трубы, а также от способа подведения ультразвуковых колебаний. Лучшие результаты по ка­ честву и скорости очистки получены при работе на много­ стержневом преобразователе с настроенным излучате­ лем [13].

Накоплен достаточный опыт применения ультразвука для очистки сварных нержавеющих труб, предназначенных для магистрали подачи газа высокой чистоты. Одно из основных требований, предъявляемых к этим трубам, — внутренняя поверхность их должна быть блестящей, по­ лированной; остатки окалины и следы каких-либо за­ грязнений не допускаются. Очистка труб проводилась в следующей последовательности: травление в растворе соляной, азотной и серной кислотах; осветление перекисью водорода; химическое полирование, промывка дистил­ лированной водой. Качество очистки высокое, чистота по­ верхности в пределах у8—у9 [82]. Проведены исследо­ вания и получены практические результаты по технологии очистки длинных труб, исследован механизм очистки труб в кольцевом ультразвуковом поле [89].

На Лысьвенском металлургическом заводе инженеры совместно с учеными Ростовского института сельскохозяй­ ственного машиностроения сконструировали и внедрили

126

сталь шириной 900 мм, толщиной 0,35 мм перемещается со скоростью 150 м/мин. Протяженность линии более 40 м. Внедрение линии позволило повысить выход высших ма­ рок трансформаторной стали Э-ЗЗА на 13%, увеличить выпуск готовой продукции по электроизоляционным по­ крытиям на 35% и в 4 раза уменьшить расход химикатов. Годовой экономический эффект от внедрения линии со­ ставил более 500 тыс. руб [4].

На Минском тракторостроительном заводе при очистке ультразвуком трубопроводов гидравлической системы трактора «Беларусь» сокращена продолжительность этой операции с нескольких часов до 5 мин. Пропускная спо­ собность ультразвуковой установки до 7 тыс. трубок в сутки. Внедрение ультразвуковой очистки трубопрово­ дов повысило производительность труда, культуру произ-

127

водства, качество выпускаемой продукции и долговечность узлов трактора. Установка состоит из двух линий, в ко­ торых имеется четыре ультразвуковых генератора УЗГ-10М, две ванны УЗВ-17 и две ванны УЗВ-18, четыре промывочные ванны и две ванны пассивирования. На этом же заводе применили ультразвук для очистки деталей от окалины после термической обработки. Ультразвуковая очистка от окалины только втулок дает ежегодную эко­ номию 15 тыс. руб.

На Ярославским заводе топливной аппаратуры при­ менили серийно выпускаемое ультразвуковое оборудова­ ние (генераторы УЗГ-10М, УЗГ-10У; ванны УЗВ-15, УЗВ-16, УЗВ-17) для очистки прецизионных деталей после доводки их абразивными пастами. Очистка ведется в вод­ ном щелочном растворе в двух ваннах — предварительной и окончательной промывки при температуре 55° С. При очистке детали удерживаются в нужном положении в спе­ циальных подвесках из стали и текстолита, сконструиро­ ванных таким образом, чтобы поверхности этих деталей не повреждались от соприкосновения друг с другом и были хорошо доступны воздействию ультразвуковых коле­ баний. Несложная механизация некоторых вспомога­ тельных операций ультразвуковой очистки деталей дает возможность автоматизировать весь процесс и еще более повысить производительность труда.

В НИИтракторсельхозмаш изготовлена эксперимен­ тальная ультразвуковая установка для очистки деталей топливной аппаратуры (рис. 36). Установка обеспечивает

концентраторы ступенчатой формы, выполненные с уче­ том профиля очищаемой поверхности [127]. Произво­

пользование установки показало, что при обработке уль­ тразвуком мелких деталей (корпус распылителя, втулка плунжера), а также крупных деталей с глубокими кана­ лами очистка проходит весьма эффективно.

На заводе «Автоарматура» изготовили и внедрили в про­ изводство ультразвуковую установку конвейерного типа, предназначенную для очистки деталей перед сборкой от механических загрязнений, обезжиривания деталей после

128

Рис. 36. Ультразвуковая установка для очистки дета­ лей топливной аппаратуры

шлифования и полирования, очистки от масляных пленок и паст перед гальваническим покрытием [153]. Установка состоит из ультразвукового генератора и технологического устройства. На установке можно очищать не только метал­ лические, но и пластмассовые детали любой формы раз­ мером 50 X 260 X 250 мм. Можно очищать также детали трубчатой формы диаметром от 4 до 450 мм и толщиной стенки до 1 мм. Производительность установки 500— 2500 шт/ч.

Ультразвуковые установки применяются и на многих других заводах. Так, например, на Горьковском автоза­ воде с помощью ультразвука очищают картеры и другие детали двигателей, на московских и других часовых за­ водах — технические камни и детали из синтетического корунда, на Минском телеграфе — телеграфные аппараты, на заводе «Микропровод» — поверхность провода перед наложением лака.

Ультразвук применяют и для очистки сварных швов, спиралей электроламп, удаления окалины с поверхностей деталей после термической обработки, очистки деталей от ржавчины.

В последнее время появились новые направления применения ультразвука в процессах очистки: очистка от накипи и предотвращение накипеобразований, защита корпусов от обрастания, очистка воздуха, газа и воды от загрязнений и примесей и др.