книги из ГПНТБ / Александрова А.Т. Оборудование электровакуумного производства учеб. пособие

стакан, дном которого служит объемный полированный диск из никеля, плотно прижатый к кольцевому высту­ пу стакана специальным кольцом. Толщина дна кратна целому числу полуволн, что способствует максимально­ му прохождению ультразвука через параллельную пла­ стину. Контакт кварцевой пластины 8 и дна стакана 7 осуществлен через тонкий слой масла. На внешнюю по­ верхность пластины нанесен слой серебра. Напряжение высокой частоты подводится к стакану и к внешней поверхности кварцевой пластины пружинными контакта­ ми 9. Охлаждение пьезоэлектрического кварцевого излучателя и постоянная циркуляция рабочей жидкости осуществляется через специальные трубки. При этом верхний срез сливной трубки 5 обеспечивает постоянный уровень рабочей жидкости. Над преобразователем рас­ положен полый никелевый концентратор 6. Излучение ультразвука в рабочую жидкость происходит через сплошное металлическое дно. Так как толщина дна кратна целому числу полуволн, то интенсивность коле­ баний ультразвука в жидкости примерно равна интен­ сивности колебаний при излучении кварца непосредст­ венно в жидкость.

Поток акустической энергии, излучаемый преобразо­ вателем, попадает в полый концентратор с коэффици­ ентом преобразования, равным 3. При интенсивности колебаний на входе в концентратор, равной 10 вт/см2, на выходе достигается интенсивность, равная 30 вт/см2. При такой интенсивности на поверхности жидкости образует­ ся фонтан высотой 30—40 мм, в зоне действия которого

230

навливается специальный стакан 1 с деталями и промы­ вочной рабочей жидкостью.

Исследованиями установлено, что для промывки де­ талей сложной конфигурации целесообразно использова­ ние ультразвуковых колебаний низкого диапазона ча­ стот.

11-4. Ультразвуковое оборудование для обработки твердых материалов

Ультразвуковая обработка может быть осуществлена свободно направленным абразивом или абразивом, зер­ на которого получают энергию от специального инстру­ мента.

Второй способ, принципиальная схема которого изо­ бражена на рис. 11-8, получил преимущественное приме­ нение при размерной ультразвуковой обработке твердых и хрупких материалов.

Инструмент 1 совершает продольные колебания с ультразвуковой частотой. В рабочую зону, т. е. в про­ странство между торцом инструмента и изделием 3, по­ дается суспензия абразива 2, зерна которого восприни­ мают ударное действие инструмента и производят обработку. В результате обработки скалываются мельчай­ шие частицы материала, причем съем материала проис­ ходит главным образом с поверхностей, проектирующих­

231

ся на плоскость, перпендикуляр­ ную направлению колебаний ин­ струмента.

Ультразвуковая обработка целесообразна для хрупких мате­ риалов: стекла, керамики, твер­ дых сплавов и др., частицы кото­ рых скалываются ударами зерен абразива. Вязкие материалы, та­ кие как медь, латунь, незакален­ ная сталь и др., плохо обрабаты­ ваются ультразвуковой обработ­

кой, так как зерна абразива под действием ударных сил внедряются в вязкую массу материала и не вызывают его сколов.

Технологические характеристики ультразвуковой об­ работки: производительность, качество поверхности, точ­ ность обработки и др. — зависят от многих акустических и технологических параметров оборудования.

Звеном, соединяющим излучатель ультразвуковых колебаний с инструментом и предназначенным для уве­ личения амплитуды колебания инструмента, а также со­ гласования излучателя с нагрузкой, является акустиче­ ский трансформатор-концентратор.

Концентраторы могут иметь различное конструктив­ ное исполнение в виде стержней постоянного сечения (рис. 11-9,а), круглых экспоненциальных концентраторов (рис. 11-9,6), экспоненциальных концентраторов прямо­ угольного сечения (рис. 11-9,в), сложных цилиндриче­ ских концентраторов с выбранной полостью (рис. 11 -9,г) и др.

Круглые стержневые акустические трансформаторы применяются в тех случаях, когда необходимо передать энергию ультразвуковых колебаний во внешнюю среду без ее концентрации или рассеивания. Эти трансформа­ торы припаиваются или привариваются к торцевой ра­ бочей поверхности магнитострикционного пакета и явля­ ются составной частью магнитострикционного излуча­ теля.

Расчет стержневых трансформаторов производится по формуле

232

в материале стержня. Числом N обычно задаются, исхо­ дя из того, что по всей длине стержня должно уклады­ ваться целое число полуволн.

Важным параметром, который также подлежит опре­ делению на стадии расчета, является узел скорости упругих колебаний, т. е. та плоскость на стержне, где материал его, испытывая наибольшие напряжения, со­ вершает минимальные линейные перемещения.

Нахождение этого параметра необходимо для реше­ ния вопроса о методах крепления колебательной систе­ мы в технологическом оборудовании.

Для стержневого трансформатора с постоянным се­ чением координата Х0 плоскости узла скорости находит­ ся по формуле

233

Акустические трансформаторы, выполненные в вйде круглого стержня с экспоненциальным изменением сече­ ния, представляют собой тела, площадь поперечного се­ чения которых в направлении распространения упругих колебаний изменяется по экспоненциальному закону. Такие трансформаторы получили наибольшее распро­ странение в оборудовании для ультразвуковой обработ­ ки твердых материалов.

Площадь поперечного сечения этих акустических трансформаторов-концентраторов изменяется по закону

Увеличение амплитуды Да определяется из отношения

где Si и S2 — соответственно площади начального и ко­ нечного сечений.

Для расчета экспоненциального концентратора долж­ ны быть известны следующие величины: площади попе­ речного сечения Si и S2, частота ультразвука /, число N=2l/X и скорость звука в материале стержня С, коэф­ фициент усиления Ку.

Коэффициент усиления Ку определяется из формулы

где D1 и Dz — диаметры начального и конечного попе­ речного сечения концентратора.

Длина концентратора определяется по формуле

Затем вычисляется показатель экспоненты

2In Ку

п— ____ і__

Располагая величинами Ку, I и а, рассчитывают раз­ меры концентратора:

Нахождение полных геометрических размеров кон­ центратора может быть выполнено графически.

244

Положение узловой плоскости для экспоненциально­ го концентратора в общем случае, когда на концентра­ торе укладывается N полуволн, определяется по фор­ муле

arcctg а

В электровакуумном производстве ультразвуковое оборудование для обработки твердых и хрупких мате­ риалов весьма разнообразно. Наибольшее распростране­ ние получили ультразвуковые установки с вертикальным расположением акустической головки.

На рис. >11-10 показана акустическая головка станка. Шпиндель головки 7 выполнен в виде полого цилиндра с герметичным отсеком для магнитострикционного паке­ та 2.

Крепление колебательной системы к шпинделю про­ изводится с помощью фланца 1, расположенного в узле смещения полуволнового ступенчатого концентратора.

Шпиндель с помощью противовеса 10 и коромысла 8 уравновешен таким образом, что его избыточная масса 5—6 кг составляет наибольшую величину силы подачи. Коромысло своими ножами опирается на закаленные стальные призмы шпинделя, стойки и противовесы. Та­ кая конструкция обеспечивает высокую чувствительность системы подачи. Регулировка усилия подачи производит­ ся изменением силы тока в соленоиде 11 с помощью автотрансформатора. При этом сердечник соленоида 12, связанный с противовесом, втягивается в катушку с за­ данной силой и разгружает шпиндель. Быстрый подъем шпинделя головки производится при замыкании контак­ тов кнопки 1КУ.

Плавное опускание осуществляется с помощью мас­ ляного демпфера 9 одностороннего действия. Ручные пе­ ремещения шпинделя головки производятся ручным при­ водом 13. Автоматическое уменьшение силы подачи в конце сквозной обработки производится с помощью плунжера 4. Стержень 6 зажимается рукояткой 5 в крон­ штейне 3. Опускаясь вместе со шпинделем, стержень сжимает пружину плунжера и происходит уменьшение силы подачи по заранее заданному закону (перемеще-

235

міш мЪ іт ш іх

Р и с . 11-10. А к усти ч еск ая гол ов к а стан к а .

нию в 1 мм соответствует снижение силы примерно на 1 кгс). С плунжером 4 связан индикатор, показывающий величину сжатия пружины плунжера. По величине сжа­ тия пружины определяется фактическая сила подачи. Шпиндель перемещается относительно корпуса голов­ ки по направляющим качения.

Регулирование величины зазора в направляющих осуществляется поджимом призм. Чтобы не повредить шариковые направляющие во время привертывания и отвертывания инструмента, в головке предусмотрен цанговый зажим шпинделя.

236

и продольного волновода, на конце которого имеется сваривающий выступ. Свариваемая деталь зажимается между сваривающим выступом и подставкой, передаю­ щей усилие сжатия.

Изгибающий момент, действующий на волновод, вос­ принимается диафрагмой и специальной опорой, распо­ лагающейся в узле смещений волновода. Изделие при­ жимается к боковому выступу, расположенному на сво­ бодном конце колеблющегося волновода. Сварочные устройства, предназначенные для шовной сварки, отли­ чаются от точечных, наличием вращающегося узла, в котором помещаются излучатель, волновод и свари­ вающий инструмент.

Глава двенадцатая

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ

12-1. Сущность и основные параметры процесса

п о д а ч е н а п р я ж е н и я на эл ек т р о д ы в м е ж э л ек т р о д н о м п р о м еж у т к е

239