Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

к отрыву части металла. Отсюда следует, что при ультразвуковой очистке прецизионных деталей сложной конфигурации необходимо реализовать условия, при которых время очистки всех поверхностей детали было бы значительно меньше времени начала кавитацион­ ной эрозии поверхностей деталей, расположенных у излучателя.

Метод очистка детали введением излучателей в зону обра­ ботки применяется для деталей, имеющих глубокие отверстия, ка­ навки, карманы и другие полости. В этом случае очистка произво­ дится специальными волноводами, работающими как с продольны­ ми, так и с изгибными колебаниями. Колебательные системы с продольными колебаниями целесообразно применять в тех случаях, когда глубина отверстия или полости не превышает четверти длины волны в излучателе. В случаях очистки более глубоких отверстий применяются излучатели с изгибно-колеблющейся трубкой, длина которой может достигать 10...20 длин волн изгибных колебаний. Для очистки внутренних поверхностей цилиндров большого диа­ метра могут применяться погружные устройства, в которых исполь­ зуются радиальные колебания полых излучателей. Применение из­ лучателей указанных типов позволяет значительно ускорить про­ цесс очистки деталей сложной конфигурации, а в ряде случаев является единственным методом высококачественной очистки.

Например для очистки глубоких отверстий малого диаметра (от 4 до 8 мм), а также локальной очистки отдельных деталей применяются специальные ручные ультразвуковые головки (рис. 3.5). В очищае­ мое отверстие вводится трубчатый волновод, в котором от магнито­ стрикционного преобразователя возбуждаются изгибные колебания. С помощью диафрагмы акустическая система прикрепляется к кор­ пусу с рукояткой. В этом случае преобразователь охлаждается не­ посредственно моющим раствором, поступающим через штуцер и через трубчатый волновод выходящим в зону очистки. В рукоятке установлен курок-выключатель.

Контактный метод целесообразно применять для очистки внут­ ренних полостей тонкостенных изделий, доступ к которым ограни­ чен или затруднен. В этом случае ультразвуковые колебания пере­ даются стенкам очищаемых изделий, и уже они работают как излучатель ультразвука. Источником колебаний служит магнитострикционный преобразователь большой мощности (4 кВт). Очищае­ мая труба с помощью пневматического привода зажимается между

60

цилиндрическим волноводом и полуволновой опорой, образуя ре­ зонансную акустическую систему (рис, 3.6). Очищаемая труба по­ степенно перемещается в осевом направлении, а во внутреннюю ее полость от насоса подается моющий раствор. В тех случаях, когда необходимо одновременно очистить и наружную поверхность, тру­ бу помещают в ванну с моющим раствором. Для очистки длинных труб применяются кольцевые излучатели, в которых заготовки со­ осно перемещаются.

Рис. 3.5. Устройство для очистки глубоких отверстий:

1 - волновод; 2 - диафрагма; 3 - магнитострикционный преобразователь; 4 - корпус; 5 - штуцер для подачи моющего раствора;

6 - рукоятка; 7 - курок-выключатель

Рис. 3.6. Схема установки для ультразвуковой очистки внутренних полостей труб: 1 - полуволновая опора; 2 - труба; 3 - инструмент;

4 - ультразвуковой концентратор; 5 - преобразователь

61

При использовании этого метода для очистки прецизионных де­ талей необходимо иметь в виду следующие обстоятельства:

•контакт с излучателем прецизионной поверхности детали мо­ жет вызвать ее повреждение;

•возбуждение в детали знакопеременных напряжений может вызвать ухудшение ее геометрической формы.

Таким образом, применение контактного метода можно реко­ мендовать с учетом вышеотмеченных положений.

Для ультразвуковой очистки крупногабаритных деталей, а также движущихся заготовок целесообразно применять непрерывно-по- следовательный метод, при котором очищаемое изделие переме­ щается над поверхностью излучателя. Следует подчеркнуть, что этот метод отличается высокой производительностью и степенью автоматизации. Именно поэтому он широко применяется на круп­ ных металлургических предприятиях в условиях непрерывной ра­ боты производства.

На рис. 3.7 приведена схема ультразвуковой ванны для очистки

стальной полосы при поточном производстве. В этом случае полоса стали шириной более 1 м, движущаяся в потоке со скоростью 100... 150 м/мин, проходит через ультразвуковую ванну, заполнен­ ную моющим щелочным раствором. При вертикальном движении полосы в ванне с двух сторон от нее на расстоянии 10... 15 мм уста­ новлены блоки с магнитострикционными преобразователями общей мощностью 300 кВт.

о IIо

Рис. 3.7. Схема ультразвуковой ванны для очистки стальной полосы при поточном производстве:

1 - ванна со щелочным раствором; 2 - движущаяся полоса стали; 3 —блоки с преобразователями

62

Конструктивно генератор выполнен в виде шасси с присоединен­ ной к нему передней панелью и закрывается легкосъемным кожухом.

На передней панели расположены тумблер включения генерато­ ра и лампочка, сигнализирующая о наличии напряжения питания.

На задней стенке шасси генератора находятся патрон для предо­ хранителя и два штепсельных разъема, посредством которых гене­ ратор соединяется с ультразвуковой ванной и питающей сетью, и клемма для заземления генератора.

Все элементы задающего генератора, предварительного усилите­ ля и усилителя мощности размещены на двух съемных панелях, за­ крепленных на шасси. Общее охлаждение генератора - естествен­ ное, через перфорацию в дне и кожухе генератора.

Ультразвуковая ванна состоит из отсека ультразвуковой очистки. В дно этого отсека вмонтированы три пакетных преобразователя, как показано на рис. 3.9. Пакет преобразователя состоит из двух пьезоэлектрических пластин из материала ЦТС-19, двух частото­ понижающих накладок (рабочей накладки из дюралюминия Д16, отражающей накладки из стали 45) и центрального болта из нержа­ веющей стали 12Х18Н9Т, головка которого является излучающим элементом преобразователя.

Присоединение элементов преобразователя к ванне осуществля­ ется с помощью центрального болта, проходящего через соответст­ вующее отверстие в дне ванны, пьезоэлектрических пластин, верх­ ней накладки и навинчивающейся нижней (отражающей) накладки.

64

8.По истечении 1,5-2 мин после установления теплового рав­ новесия снять показание на шкале термометра и зафиксированное значение температуры воды занести в табл. 3.1 в графу «?,, °С».

9.Перевести тумблер на генераторе в верхнее положение и од­ новременно запустить секундомер.

10.Произвести озвучивание воды в ванне в течение 2 мин, после чего отключить генератор, переведя тумблер в нижнее положение.

11.Снять показание по шкале термометра и зафиксированное значение температуры воды занести в табл. 3.1 в графу «/2, °С».

12.Рассчитать значение акустической мощности, излучаемой преобразователем в воду, по следующей зависимости:

т - масса воды, находящейся в ванне;

fi и /г —соответственно начальная температура воды и темпера­ тура после ее озвучивания;

т - продолжительность озвучивания воды.

13. Определить значение интенсивности ультразвука в воде, при­ нимая площадь излучающей поверхности источника равной суммар­ ной площади трех излучающих накладок пьезоэлектрических пре­ образователей, по формуле

14. Определить электроакустический КПД преобразователя rj^, характеризующий потери в процессе преобразования электрической энергии в акустическую, по зависимости

Рж

Л э а = — ,

р 3

где Рж—акустическая мощность;

66

фольги до (для этого взять у преподавателя образец, не подвергав­ шийся обработке) и после ультразвуковой очистки.

Измеренные данные и полученные результаты свести в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Результаты измерений и вычислений энергетических показателей ультразвуковой установки УЗУ—0,25

1.Цель работы.

2.Инструменты и принадлежности.

3.Краткие сведения о явлениях, положенных в основу ультразву­ ковой очистки.

4.Основные сведения о технологии ультразвуковой очистки.

5.Устройство ультразвуковой установки УЗУ-0,25.

6.Результаты измерений и расчетов.

7.Оценка кавитационной стойкости загрязнения и кавитацион­ ной стойкости материала, а также заключение о целесообразности применения ультразвукового метода очистки загрязнений для алю­ миниевой фольги.

Контрольные вопросы

1.Какие основные явления лежат в основе механизма ультра­ звуковой очистки?

2.В чем заключается сущность возникновения акустической кавитации?

3.Как классифицируются загрязнения с точки зрения ультра­ звуковой очистки?

4.Как на эффективность процесса ультразвуковой очистки вли­ яют поверхностное натяжение жидкости, ее вязкость, газосодержание и температура?

68

5.Как на эффективность процесса ультразвуковой очистки вли­ яют амплитуда и частота колебаний?

6.Из каких основных операций состоит технологический про­

цесс ультразвуковой очистки?

7.Назовите основные методы ультразвуковой очистки и облас­ ти их применения.

8.Из каких основных узлов состоит ультразвуковая установка УЗУ-0,25?

9.Преобразователи какого типа применены в ультразвуковой ус­ тановкеУЗУ-0,25?

10.В чем заключается методика определения электроакустическо­ го КПДультразвукового преобразователя?

Литература

1.Киселев, М.Г. Ультразвук в технологии машино- и приборо­ строения: учебное пособие / М.Г. Киселёв, В.Т. Минченя, Г.А. Есьман. - Минск: Тесей, 2003. - 424 с.

2.Ультразвук / под ред. И.П. Голяминой. - М.: Сов. энцикл., 1979. - 400 с.

69