Ta metoda obróbki opiera się na działaniu mechanicznym na materiał. Nazywa się to ultradźwiękami, ponieważ częstotliwość uderzeń odpowiada zakresowi dźwięków niesłyszalnych (f = 6-10 5 kHz).

Fale dźwiękowe to mechaniczne drgania sprężyste, które mogą się rozprzestrzeniać tylko w ośrodku sprężystym.

Kiedy fala dźwiękowa rozchodzi się w ośrodku elastycznym, cząstki materiału wykonują elastyczne wibracje wokół swoich pozycji z prędkością nazywaną oscylacyjną.

Zagęszczanie i ścieńczenie ośrodka w fali podłużnej charakteryzuje się nadmiarem, tzw. ciśnieniem akustycznym.

Prędkość propagacji fali dźwiękowej zależy od gęstości ośrodka, w którym się porusza. Fala dźwiękowa rozchodząca się w materialnym środowisku niesie energię, którą można wykorzystać w procesach technologicznych.

Zalety obróbka ultradźwiękowa:

Możliwość pozyskiwania energii akustycznej różnymi technikami;

Szeroki zakres zastosowań ultradźwiękowych (od wymiarowania po spawanie, lutowanie itp.);

Prostota automatyzacji i obsługi;

Wady:

Zwiększony koszt energii akustycznej w porównaniu z innymi rodzajami energii;

Konieczność produkcji generatorów drgań ultradźwiękowych;

Konieczność wytwarzania specjalnych narzędzi o specjalnych właściwościach i kształcie.

Drganiom ultradźwiękowym towarzyszy szereg efektów, które można wykorzystać jako podstawowe do rozwoju różnych procesów:

Kawitacja, czyli powstawanie pęcherzyków w cieczy i ich pękanie.

W tym przypadku powstają duże lokalne ciśnienia chwilowe, sięgające 10 8 N / m2;

Absorpcja drgań ultradźwiękowych przez substancję, w której część energii jest zamieniana na ciepło, a część jest zużywana na zmianę struktury substancji.

Efekty te są wykorzystywane do:

Separacja cząsteczek i cząstek o różnych masach w zawiesinach niejednorodnych;

Koagulacja (powiększanie) cząstek;

Dyspergowanie (kruszenie) substancji i mieszanie jej z innymi;

Odgazowywanie płynów lub stopionych substancji ze względu na tworzenie się dużych pływających pęcherzyków.

1.1. Elementy instalacji ultradźwiękowych

Każde urządzenie ultradźwiękowe (USU) zawiera trzy główne elementy:

Źródło drgań ultradźwiękowych;

Akustyczny transformator prędkości (piasta);

Szczegóły mocowania.

Źródła drgań ultradźwiękowych (UZK) mogą być dwojakiego rodzaju - mechaniczne i elektryczne.

Mechaniczny przekształca energię mechaniczną, na przykład prędkość ruchu cieczy lub gazu. Należą do nich syreny ultradźwiękowe lub gwizdki.

Elektryczne źródła badań ultradźwiękowych przekształcają energię elektryczną w mechaniczne drgania sprężyste o odpowiedniej częstotliwości. Istnieją przetworniki elektrodynamiczne, magnetostrykcyjne i piezoelektryczne.

Najszerzej stosowane są przetworniki magnetostrykcyjne i piezoelektryczne.

Zasada działania przetworników magnetostrykcyjnych opiera się na podłużnym efekcie magnetostrykcyjnym, który przejawia się zmianą długości metalowego korpusu wykonanego z materiałów ferromagnetycznych (bez zmiany ich objętości) pod wpływem pola magnetycznego.

Efekt magnetostrykcyjny różne materiały inny. Nikiel i permendur (stop żelaza z kobaltem) mają wysoką magnetostrykcję.

Pakiet przetwornika magnetostrykcyjnego to rdzeń wykonany z cienkich płytek, na którym nałożone jest uzwojenie wzbudzające w nim zmienne pole elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości.

Zasada działania przetworników piezoelektrycznych opiera się na zdolności niektórych substancji do zmiany ich wymiarów geometrycznych (grubości i objętości) w pole elektryczne... Efekt piezoelektryczny jest odwracalny. Jeżeli płyta z materiału piezoelektrycznego zostanie poddana odkształceniom ściskającym lub rozciągającym, to na jej krawędziach pojawią się ładunki elektryczne. Jeśli element piezoelektryczny zostanie umieszczony w zmiennym polu elektrycznym, odkształci się, wzbudzając wibracje ultradźwiękowe w otoczeniu. Płyta wibracyjna wykonana z materiału piezoelektrycznego jest przetwornikiem elektromechanicznym.

Szeroko stosowane są piezoelementy na bazie baru tytanu i ołowiu cyrkonian-tytan.

Akustyczne transformatory prędkości (koncentratory podłużnych drgań sprężystych) mogą mieć inny kształt(rys. 1.1).

Ryż. 1.1. Kształty piasty

Służą do dopasowania parametrów przetwornika do obciążenia, zamocowania układu wibracyjnego oraz wprowadzenia drgań ultradźwiękowych w obszar obrabianego materiału. Urządzenia te to pręty o różnych przekrojach, wykonane z materiałów odpornych na korozję i kawitację, żaroodporność oraz odporność na agresywne media.

1.2. Zastosowanie technologiczne wibracje ultradźwiękowe

W przemyśle ultradźwięki stosuje się w trzech głównych obszarach: wymuszać działanie do materiału, intensyfikacji i ultradźwiękowej kontroli procesów.

Silne działanie na materiale

Jest stosowany do obróbka mechaniczna stopy twarde i supertwarde, otrzymywanie stabilnych emulsji itp.

Najczęściej stosowane są dwa rodzaje obróbki ultradźwiękowej o charakterystycznych częstotliwościach 16-30 kHz:

Obróbka wymiarowa na obrabiarkach za pomocą narzędzi;

Mycie w wannach z płynnym medium.

Głównym mechanizmem roboczym maszyny ultradźwiękowej jest zespół akustyczny (rys. 1.2). Służy do wprawiania narzędzia roboczego w ruch wibracyjny. Jednostka akustyczna jest zasilana przez oscylator elektryczny (najczęściej lampę), do którego podłączone jest uzwojenie 2.

Głównym elementem zespołu akustycznego jest magnetostrykcyjny (lub piezoelektryczny) konwerter energii drgań elektrycznych na energię drgań mechanicznych sprężystych - wibrator 1.

Ryż. 1.2. Jednostka akustyczna instalacji ultradźwiękowej

Drgania wibratora, który jest zmiennie wydłużany i skracany z częstotliwością ultradźwiękową w kierunku pola magnetycznego uzwojenia, są wzmacniane przez koncentrator 4 zamocowany na końcu wibratora.

Stalowe narzędzie 5 jest przymocowane do koncentratora tak, że między jego końcem a obrabianym przedmiotem pozostaje szczelina 6.

Wibrator umieszczony jest w ebonitowej obudowie 3, do której doprowadzana jest bieżąca woda chłodząca.

Narzędzie musi mieć kształt określonej sekcji otworu. Ciecz o najmniejszych ziarnach proszku ściernego jest dostarczana z dyszy 7 do przestrzeni między czołem narzędzia a powierzchnią obrabianego przedmiotu obrabianego.

Z oscylującej powierzchni czołowej narzędzia ziarna ścierne nabierają dużej prędkości, uderzają w powierzchnię części i wybijają z niej najmniejsze wióry.

Choć wydajność każdego uderzenia jest znikoma, to wydajność instalacji jest stosunkowo wysoka, co wynika z dużej częstotliwości drgań narzędzia (16-30 kHz) oraz dużej liczby ziaren ściernych poruszających się jednocześnie z dużym przyspieszeniem.

Gdy warstwy materiału są usuwane, narzędzie jest automatycznie podawane.

Płyn ścierny jest podawany pod ciśnieniem do obszaru obróbki i wypłukuje odpady z obróbki.

Za pomocą technologii ultradźwiękowej można wykonywać operacje takie jak przebijanie, dłutowanie, wiercenie, cięcie, szlifowanie i inne.

Łaźnie ultradźwiękowe (rys. 1.3) służą do czyszczenia powierzchni części metalowe z produktów korozji, warstw tlenków, olejów mineralnych itp.

Działanie kąpieli ultradźwiękowej opiera się na wykorzystaniu efektu lokalnych wstrząsów hydraulicznych, które powstają w cieczy pod wpływem ultradźwięków.

Zasada działania takiej kąpieli jest następująca: przedmiot obrabiany (1) zanurzany jest w zbiorniku (4) wypełnionym ciekłym medium detergentowym (2). Emiterem drgań ultradźwiękowych jest membrana (5) połączona z wibratorem magnetostrykcyjnym (6) za pomocą kleju (8). Wanna montowana jest na podstawie (7). Fale drgań ultradźwiękowych (3) rozchodzą się w Obszar roboczy gdzie odbywa się przetwarzanie.

Ryż. 1.3. Kąpiel ultradźwiękowa

Czyszczenie ultradźwiękowe jest najskuteczniejsze przy usuwaniu zanieczyszczeń z trudno dostępnych zagłębień, zagłębień i małych kanałów. Ponadto metoda ta pozwala na otrzymanie trwałych emulsji takich cieczy nie mieszających się konwencjonalnymi metodami jak woda z olejem, rtęć z wodą, benzen i inne.

Sprzęt ultradźwiękowy jest stosunkowo drogi, dlatego ekonomicznie opłacalne jest stosowanie ultradźwiękowego czyszczenia małych części tylko w warunkach masowej produkcji.

Intensyfikacja procesów technologicznych

Wibracje ultradźwiękowe znacząco zmieniają przebieg niektórych procesów chemicznych. Na przykład polimeryzacja przy określonym natężeniu dźwięku jest bardziej intensywna. Wraz ze spadkiem natężenia dźwięku możliwy jest proces odwrotny - depolimeryzacja. Dlatego ta właściwość służy do kontrolowania reakcji polimeryzacji. Zmieniając częstotliwość i intensywność drgań ultradźwiękowych, możesz zapewnić wymaganą szybkość reakcji.

W metalurgii wprowadzenie do wytopów drgań sprężystych o częstotliwości ultradźwiękowej prowadzi do znacznego kruszenia kryształów i przyspieszenia powstawania nagarów podczas krystalizacji, zmniejszenia porowatości, wzrostu właściwości mechanicznych zakrzepłych wytopów oraz spadku w zawartości gazów w metalach.

Badania ultradźwiękowe procesy

Za pomocą drgań ultradźwiękowych możliwe jest ciągłe monitorowanie postępu procesu technologicznego bez przeprowadzania analizy laboratoryjne próbki. W tym celu zależność parametrów fali dźwiękowej od właściwości fizyczneśrodowiska, a następnie przez zmianę tych parametrów po działaniu na środowisko z wystarczającą dokładnością, aby ocenić jego stan. Z reguły stosuje się wibracje ultradźwiękowe o niskiej intensywności.

Zmieniając energię fali dźwiękowej można sterować składem różnych mieszanin, które nie są związkami chemicznymi. Prędkość dźwięku w takich mediach nie zmienia się, a obecność zanieczyszczeń w postaci zawiesiny wpływa na współczynnik pochłaniania energii dźwięku. Umożliwia to określenie procentowej zawartości zanieczyszczeń w materiale wyjściowym.

Dzięki odbiciu fal dźwiękowych na styku mediów („transiluminacja” wiązką ultradźwiękową) można określić obecność zanieczyszczeń w monolicie i stworzyć ultradźwiękowe urządzenia diagnostyczne.

Wnioski: ultradźwięki to fale sprężyste o częstotliwości drgań od 20 kHz do 1 GHz, niesłyszalne dla ludzkiego ucha. Instalacje ultradźwiękowe są szeroko stosowane do przetwarzania materiałów ze względu na wibracje akustyczne o wysokiej częstotliwości.

Każda ultradźwiękowa jednostka technologiczna, w tym urządzenia wielofunkcyjne, zawiera źródło energii (generator) i ultradźwiękowy system wibracyjny.

Ultradźwiękowy system wibracyjny do celów technologicznych składa się z przetwornika, elementu dopasowującego oraz narzędzia roboczego (emiter).

W przetworniku (element aktywny) układu wibracyjnego energia drgań elektrycznych zamieniana jest na energię drgań sprężystych o częstotliwości ultradźwiękowej i powstaje przemienna siła mechaniczna.

Element dopasowujący systemu (koncentrator pasywny) przekształca prędkości i zapewnia dopasowanie obciążenia zewnętrznego i wewnętrznego elementu aktywnego.

Narzędzie robocze wytwarza pole ultradźwiękowe w obrabianym przedmiocie lub bezpośrednio na niego oddziałuje.

Najważniejszą cechą ultradźwiękowych systemów oscylacyjnych jest częstotliwość rezonansowa. Wynika to z faktu, że o wydajności procesów technologicznych decyduje amplituda drgań (wartości przemieszczeń oscylacyjnych), a maksymalne wartości amplitud osiągane są przy wzbudzeniu ultradźwiękowego układu oscylacyjnego z częstotliwością rezonansową . Wartości częstotliwości rezonansowej ultradźwiękowych systemów wibracyjnych muszą mieścić się w dozwolonych zakresach (w przypadku wielofunkcyjnych urządzeń ultradźwiękowych jest to częstotliwość 22 ± 1,65 kHz).

Stosunek energii zgromadzonej w ultradźwiękowym układzie oscylacyjnym do energii zużytej na oddziaływanie technologiczne dla każdego okresu oscylacji nazywa się współczynnikiem jakości układu oscylacyjnego. Współczynnik jakości określa maksymalną amplitudę drgań przy częstotliwości rezonansowej oraz charakter zależności amplitudy drgań od częstotliwości (tj. szerokość zakresu częstotliwości).

Wygląd zewnętrzny Typowy ultradźwiękowy system wibracyjny pokazano na rysunku 2. Składa się z przetwornika – 1, transformatora (koncentratora) – 2, narzędzia roboczego – 3, wspornika – 4 i obudowy – 5.

Rysunek 2 - Dwupołówkowy układ oscylacyjny i rozkład amplitud oscylacji A i działających naprężeń mechanicznych F

Rozkład amplitudy oscylacji A i sił (naprężeń mechanicznych) F w układzie oscylacyjnym ma postać fal stojących (pod warunkiem pominięcia strat i promieniowania).

Jak widać na rysunku 2, istnieją płaszczyzny, w których przemieszczenia i naprężenia mechaniczne są zawsze zerowe. Te płaszczyzny nazywane są węzłowymi. Płaszczyzny, w których przemieszczenia i naprężenia są minimalne, nazywane są antywęzłami. Maksymalne wartości przemieszczeń (amplitudy) zawsze odpowiadają minimalnym wartościom naprężeń mechanicznych i odwrotnie. Odległości między dwiema sąsiednimi płaszczyznami węzłowymi lub antywęzłami są zawsze równe połowie długości fali.

W systemie oscylacyjnym zawsze znajdują się połączenia, które zapewniają akustyczne i mechaniczne połączenie jego elementów. Połączenia mogą być jednoczęściowe, jednak w przypadku konieczności zmiany narzędzia roboczego połączenia są gwintowane.

Ultradźwiękowy system oscylacyjny wraz z obudową, urządzeniami zasilającymi i otworami wentylacyjnymi wykonywany jest zwykle jako oddzielna jednostka. W dalszej części, używając terminu amerykański system oscylacyjny, będziemy mówić o całej jednostce jako całości.

System oscylacyjny stosowany w wielofunkcyjnych urządzeniach ultradźwiękowych do celów technologicznych musi spełniać szereg ogólnych wymagań.

1) Praca w zadanym zakresie częstotliwości;

2) Praca przy wszystkich możliwych zmianach obciążenia podczas procesu technologicznego;

3) Podaj wymagane natężenie promieniowania lub amplitudę drgań;

4) Mieć najwyższą możliwą wydajność;

5) Części ultradźwiękowego układu wibracyjnego mające kontakt z przetwarzanymi substancjami muszą wykazywać odporność na kawitację i chemikalia;

6) Mieć sztywne mocowanie w etui;

7) Musi mieć minimalne wymiary i wagę;

8) Muszą być spełnione wymagania bezpieczeństwa.

Ultradźwiękowy układ oscylacyjny pokazany na rysunku 2 jest układem oscylacyjnym z dwoma półfalami. W nim przetwornik ma wielkość rezonansową równą połowie długości fali drgań ultradźwiękowych w materiale przetwornika. W celu zwiększenia amplitudy drgań i dopasowania przetwornika do przetwarzanego medium stosuje się koncentrator, którego wielkość rezonansowa odpowiada połowie długości fali drgań ultradźwiękowych w materiale koncentratora.

Jeżeli układ oscylacyjny przedstawiony na rysunku 2 jest wykonany ze stali (prędkość propagacji drgań ultradźwiękowych w stali jest większa niż 5000 m/s), to jego całkowity wymiar wzdłużny odpowiada L = C2p/w ~ 23 cm.

Aby spełnić wymagania wysokiej zwartości i lekkości, stosuje się półfalowe układy oscylacyjne, składające się z przetwornika ćwierćfalowego i koncentratora. Taki układ oscylacyjny pokazano schematycznie na rysunku 3. Oznaczenia elementów układu oscylacyjnego odpowiadają oznaczeniom na rysunku 3.

Rysunek 3 - Układ oscylacyjny o dwóch ćwiartkach fali

W takim przypadku możliwe jest zapewnienie minimalnego wymiaru wzdłużnego i masy ultradźwiękowego systemu wibracyjnego, a także zmniejszenie liczby połączeń mechanicznych.

Wadą takiego układu oscylacyjnego jest połączenie konwertera z koncentratorem w płaszczyźnie największych naprężeń mechanicznych. Jednak tę wadę można częściowo wyeliminować poprzez przemieszczenie aktywnego elementu konwertera z punktu maksymalnych naprężeń roboczych.

Zastosowanie urządzeń ultradźwiękowych

Silne ultradźwięki to wyjątkowy, przyjazny dla środowiska sposób stymulacji procesów fizycznych i chemicznych. Wibracje ultradźwiękowe o częstotliwości 20 000 - 60 000 Hz i natężeniu powyżej 0,1 W/cm2. może spowodować nieodwracalne zmiany w środowisku dystrybucji. To z góry określa możliwości praktyczne użycie potężne ultradźwięki w następujących obszarach.

Procesy technologiczne: przetwarzanie surowców mineralnych, wzbogacanie i procesy hydrometalurgii rud metali itp.

Olej i przemysł gazowniczy: rekonwalescencja szyby naftowe, wydobycie lepkiego oleju, procesy separacji w układzie piasek – olej ciężki, zwiększenie płynności produktów naftowych ciężkich itp.

Metalurgia i inżynieria mechaniczna: uszlachetnianie wytopów metali, szlifowanie struktury wlewka/odlewu, obróbka powierzchni metalowej w celu jej wzmocnienia i złagodzenia naprężeń wewnętrznych, czyszczenie powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych wnęk części maszyn itp.

Technologie chemiczne i biochemiczne: procesy ekstrakcji, sorpcji, filtracji, suszenia, emulgowania, otrzymywania zawiesin, mieszania, dyspergowania, rozpuszczania, flotacji, odgazowywania, odparowywania, koagulacji, koalescencji, polimeryzacji i depolimeryzacji, otrzymywania nanomateriałów itp.

Energia: spalanie cieczy i paliwo stałe, przygotowanie emulsji paliwowych, produkcja biopaliw itp.

Rolnictwo, przemysł spożywczy i lekki: procesy kiełkowania nasion i wzrostu roślin, przygotowanie dodatków do żywności, technologia cukiernicza, przygotowanie napojów alkoholowych i bezalkoholowych itp.

Usługi komunalne: odzyskiwanie studni wodnych, przygotowanie wody pitnej, usuwanie osadów ze ścian wewnętrznych wymienniki ciepła itp.

Ochrona środowiska: czyszczenie Ścieki zanieczyszczone produktami naftowymi, metalami ciężkimi, trwałymi związkami organicznymi, czyszczenie zanieczyszczonych gleb, czyszczenie strumieni gazów przemysłowych itp.

Recykling surowców wtórnych: dewulkanizacja gumy, oczyszczanie zgorzeliny metalurgicznej z zanieczyszczeń olejowych itp.

ELEKTROSPETATY

ELEKTROSPETATY

Instalacje elektrochemiczne i mechaniczne, instalacje ultradźwiękowe (UZU)

Ta metoda obróbki opiera się na działaniu mechanicznym na materiał. Nazywa się to ultradźwiękami, ponieważ częstotliwość uderzeń odpowiada zakresowi dźwięków niesłyszalnych (f=6…105 kHz).
Fale dźwiękowe to mechaniczne drgania sprężyste, które mogą się rozprzestrzeniać tylko w ośrodku sprężystym.
Kiedy fala dźwiękowa rozchodzi się w ośrodku elastycznym, cząstki materiału wykonują elastyczne wibracje wokół swoich pozycji z prędkością nazywaną oscylacyjną.
Zagęszczanie i ścieńczenie ośrodka w fali podłużnej charakteryzuje się nadmiarem, tzw. ciśnieniem akustycznym.
Prędkość propagacji fali dźwiękowej zależy od gęstości ośrodka, w którym się porusza.
Im sztywniejszy i lżejszy materiał medium, tym większa prędkość. Fala dźwiękowa rozchodząca się w materialnym środowisku niesie energię, którą można wykorzystać w procesach technologicznych.
Zalety obróbki ultradźwiękowej:

Możliwość pozyskiwania energii akustycznej różnymi technikami;
- szeroki zakres zastosowań ultradźwiękowych (od obróbki wymiarowej po spawanie, lutowanie itp.);
- łatwość automatyzacji i obsługi

Wady:

Zwiększony koszt energii akustycznej w porównaniu z innymi rodzajami energii;
- konieczność produkcji generatorów drgań ultradźwiękowych;
- konieczność wytwarzania narzędzi specjalnych o specjalnych właściwościach i kształcie.

Drganiom ultradźwiękowym towarzyszy szereg efektów, które można wykorzystać jako podstawowe do rozwoju różnych procesów:
- kawitacja tj. tworzenie się pęcherzyków w cieczy (podczas fazy rozprężania) i ich pękanie (podczas fazy ściskania); w tym przypadku powstają duże lokalne ciśnienia chwilowe, osiągające wartości 10 2 N / m 2;
- pochłanianie drgań ultradźwiękowych przez substancję, w której część energii jest zamieniana na ciepło, a część jest zużywana na zmianę struktury substancji.
Efekty te są wykorzystywane do:
- rozdzielanie cząsteczek i cząstek o różnych masach w niejednorodnych zawiesinach;
- koagulacja (powiększenie) cząstek;
- rozpraszanie (kruszenie) substancji i mieszanie jej z innymi;
- odgazowanie płynów lub stopów w wyniku tworzenia się dużych pływających pęcherzyków.
Elementy UCU
Każdy UZU zawiera trzy główne elementy:
- źródło drgań ultradźwiękowych;
- akustyczny transformator prędkości (piasta);
- szczegóły zapięcia.
Źródła drgań ultradźwiękowych mogą być dwojakiego rodzaju - mechaniczne i elektryczne.
Źródła mechaniczne przekształcają energię mechaniczną, taką jak prędkość ruchu cieczy lub gazu.
Należą do nich syreny i gwizdki ultradźwiękowe.Elektryczne źródła ultradźwiękowe przekształcają energię elektryczną w mechaniczne wibracje sprężyste o odpowiedniej częstotliwości. Istnieją przetworniki elektrodynamiczne, magnetostrykcyjne i piezoelektryczne.
Najszerzej stosowane są przetworniki magnetostrykcyjne i piezoelektryczne.
Zasada działania przetworników magnetostrykcyjnych opiera się na podłużnym efekcie magnetostrykcyjnym, który przejawia się zmianą długości metalowego korpusu wykonanego z materiałów ferromagnetycznych (bez zmiany ich objętości) pod wpływem pola magnetycznego.
Efekt magnetostrykcyjny jest różny dla różnych metali. Nikiel i permendur mają wysoką magnetostrykcję.
Pakiet przetwornika magnetostrykcyjnego to rdzeń wykonany z cienkich płytek, na którym nałożone jest uzwojenie wzbudzające w nim zmienne pole elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości.
Z efektem magnetostrykcyjnym znak deformacji rdzenia nie zmienia się, gdy kierunek pola jest odwrócony. Częstotliwość zmiany odkształcenia jest 2 razy większa niż częstotliwość (f) zmiany prądu przemiennego przepływającego przez uzwojenie przekształtnika, ponieważ odkształcenie tego samego znaku występuje w dodatnich i ujemnych półokresach.
Zasada działania przetworniki piezoelektryczne, w oparciu o zdolność niektórych substancji do zmiany ich wymiarów geometrycznych (grubość i objętość) w polu elektrycznym. Efekt piezoelektryczny jest odwracalny. Jeżeli płyta wykonana z materiału piezoelektrycznego zostanie poddana odkształceniom ściskającym lub rozciągającym, to na jej powierzchniach pojawią się ładunki elektryczne. Jeśli element piezoelektryczny zostanie umieszczony w zmiennym polu elektrycznym, odkształci się, wzbudzając wibracje ultradźwiękowe w otoczeniu. Płyta wibracyjna wykonana z materiału piezoelektrycznego jest przetwornikiem elektromechanicznym.
Szeroko stosowane są piezoelementy na bazie baru tytanu, ołowiu cyrkonian-tytan (PZT).
Akustyczne transformatory prędkości(koncentratory podłużnych drgań sprężystych) mogą mieć różne kształty (rys. 1.4-10).

Służą do dopasowania parametrów przetwornika do obciążenia, zamocowania układu wibracyjnego oraz wprowadzenia drgań ultradźwiękowych w obszar obrabianego materiału.
Urządzenia te to pręty o różnych przekrojach, wykonane z materiałów odpornych na korozję i kawitację, żaroodporność, odporność na agresywne media i ścieranie.
Koncentratory charakteryzują się współczynnikiem koncentracji drgań (К кк):

Wzrost amplitudy drgań końca o małym przekroju w porównaniu do amplitudy drgań końca o większym przekroju tłumaczy się tym, że przy tej samej mocy drgań we wszystkich przekrojach prędkości transformator, intensywność wibracji małego końca jest „K kk” razy większa.

Technologiczne zastosowanie kontroli ultradźwiękowej

W przemyśle ultradźwięki są wykorzystywane w trzech głównych obszarach: oddziaływanie siły na materiał, intensyfikacja i ultradźwiękowa kontrola procesów.
Silny wpływ na materiale służy do obróbki stopów twardych i supertwardych, otrzymywania stabilnych emulsji itp.
Najczęściej stosowane są dwa rodzaje obróbki ultradźwiękowej o charakterystycznych częstotliwościach 16...30 kHz:
- obróbka wymiarowa na obrabiarkach przy użyciu narzędzi,
- czyszczenie w wannach z medium płynnym.
Głównym mechanizmem roboczym maszyny ultradźwiękowej jest jednostka akustyczna
( Ryż. 1.4-11). Służy do wprawiania narzędzia roboczego w ruch wibracyjny.

Jednostka akustyczna jest zasilana z oscylatora elektrycznego (zwykle lampy), do którego podłączone jest uzwojenie (2)
Głównym elementem zespołu akustycznego jest magnetostrykcyjny (lub piezoelektryczny) przetwornik energii drgań elektrycznych na energię drgań mechanicznych sprężystych – wibrator (1).
Drgania wibratora, które na przemian wydłużają się i skracają z częstotliwością ultradźwiękową w kierunku pola magnetycznego uzwojenia, wzmacniane są przez koncentrator (4) zamocowany na końcu wibratora.
Do koncentratora przymocowane jest stalowe narzędzie (5), tak aby pomiędzy jego końcem a obrabianym przedmiotem (6) pozostała szczelina.
Wibrator umieszczony jest w obudowie ebonitowej (3), do której doprowadzana jest bieżąca woda chłodząca.
Narzędzie musi mieć kształt określonej sekcji otworu. Ciecz o najmniejszych ziarnach proszku ściernego jest podawana z dyszy (7) do przestrzeni pomiędzy czołem narzędzia a powierzchnią obrabianego przedmiotu.
Z oscylującej powierzchni czołowej narzędzia ziarna ścierne nabierają dużej prędkości, uderzają w powierzchnię części i wybijają z niej najmniejsze wióry.
Chociaż wydajność każdego uderzenia jest znikoma, wydajność instalacji jest stosunkowo wysoka, co wynika z dużej częstotliwości drgań narzędzia (16 ... 30 kHz) oraz dużej liczby ziaren ściernych (20 ... 100 tys / cm3) poruszających się jednocześnie z dużym przyspieszeniem.
Gdy warstwy materiału są usuwane, narzędzie jest automatycznie podawane.
Płyn ścierny jest podawany do obszaru obróbki ciśnieniowej i wypłukuje odpady z obróbki.
Za pomocą technologii ultradźwiękowej można wykonywać operacje takie jak przebijanie, dłutowanie, wiercenie, cięcie, szlifowanie i inne.
Przykładem są produkowane w przemyśle przebijaki ultradźwiękowe (modele 4770,4773A) i uniwersalne (modele 100A).
Łaźnie ultradźwiękowe (rys. 1.4-12) służy do czyszczenia powierzchni części metalowych z produktów korozji, warstw tlenków, olejów mineralnych itp.

Działanie kąpieli ultradźwiękowej opiera się na wykorzystaniu efektu lokalnych wstrząsów hydraulicznych, które powstają w cieczy pod wpływem ultradźwięków.
Zasada działania takiej kąpieli jest następująca. Przedmiot obrabiany (1) jest zanurzany (zawieszony) w zbiorniku (4) wypełnionym płynnym środkiem czyszczącym (2).
Emiterem drgań ultradźwiękowych jest membrana (5) połączona z wibratorem magnetostrykcyjnym (b) za pomocą kompozycji adhezyjnej (8).
Wanna montowana jest na podstawie (7). Fale drgań ultradźwiękowych (3) rozchodzą się w obszarze roboczym, w którym wykonywany jest zabieg.
Czyszczenie ultradźwiękowe jest najskuteczniejsze przy usuwaniu zanieczyszczeń z trudno dostępnych zagłębień, zagłębień i małych kanałów.
Ponadto metoda ta pozwala na otrzymanie trwałych emulsji takich cieczy nie mieszających się konwencjonalnymi metodami jak woda z olejem, rtęć z wodą, benzen, woda i inne.
Sprzęt ultradźwiękowy jest stosunkowo drogi, dlatego ekonomicznie opłacalne jest stosowanie ultradźwiękowego czyszczenia małych części tylko w warunkach masowej produkcji.
Intensyfikacja procesów technologicznych.
Wibracje ultradźwiękowe znacząco zmieniają przebieg niektórych procesów chemicznych.
Na przykład polimeryzacja przy określonym natężeniu dźwięku jest bardziej intensywna. Wraz ze spadkiem siły dźwięku możliwy jest proces odwrotny - depolimeryzacja.
Dlatego ta właściwość służy do kontrolowania reakcji polimeryzacji. Zmieniając częstotliwość i intensywność drgań ultradźwiękowych, możesz zapewnić wymaganą szybkość reakcji.
W metalurgii wprowadzenie do wytopów sprężystych oscylacji częstotliwości ultradźwiękowej prowadzi do znacznego kruszenia kryształów i przyspieszenia powstawania nagarów podczas krystalizacji, zmniejszenia porowatości, zwiększenia właściwości mechanicznych zakrzepłych wytopów i zmniejszenia zawartość gazów w metalach.
Wiele metali (na przykład ołów i aluminium) nie miesza się w postaci płynnej. Nakładanie się drgań ultradźwiękowych na stopiony materiał sprzyja „rozpuszczaniu się” jednego metalu w drugim. Ultradźwiękowa kontrola procesu.
Za pomocą drgań ultradźwiękowych można w sposób ciągły monitorować postęp procesu technologicznego bez analizy laboratoryjnej próbek.
W tym celu wstępnie ustala się zależność parametrów fali dźwiękowej od właściwości fizycznych ośrodka, a następnie, poprzez zmianę tych parametrów po działaniu na ośrodek, ocenia się jego stan z wystarczającą dokładnością. Z reguły stosuje się wibracje ultradźwiękowe o niskiej intensywności.
Zmieniając energię fali dźwiękowej można sterować składem różnych mieszanin, które nie są związkami chemicznymi. Prędkość dźwięku w takich mediach nie zmienia się, a obecność zanieczyszczeń w postaci zawiesiny wpływa na współczynnik pochłaniania energii dźwięku. Umożliwia to określenie procentowej zawartości zanieczyszczeń w materiale wyjściowym.
Dzięki odbiciu fal dźwiękowych na styku mediów („transiluminacja” wiązką ultradźwiękową) można określić obecność zanieczyszczeń w monolicie i stworzyć ultradźwiękowe urządzenia diagnostyczne.

Informacje ogólne

Jednostka ultradźwiękowa UZU-1,6-O przeznaczona jest do oczyszczania metalowych elementów filtracyjnych i pakietów filtracyjnych hydraulicznych układów paliwowych i olejowych statków powietrznych, silników lotniczych i wyposażenia stanowiskowego z zanieczyszczeń mechanicznych, substancji żywicznych i olejowych produktów koksowniczych.
Urządzenie może czyścić worki filtracyjne wykonane z materiału X18 N15-PM według technologii producenta worków filtracyjnych.

Struktura symbolu

UZU4-1,6-O:
UZU - instalacja ultradźwiękowa;
4 - wykonanie;
1,6 - nominalna moc oscylacyjna, kW;
О - czyszczenie;
У, Т2 - modyfikacja klimatyczna i kategoria rozmieszczenia
zgodnie z GOST 15150-69, temperatura otoczenia
od 5 do 50 ° C. ї Środowisko- niewybuchowe, nie zawierające przewodzących pyłów, nie zawierające agresywnych oparów, gazów mogących zakłócić normalną pracę instalacji.
Instalacja jest zgodna z wymaganiami TU16-530.022-79.

Dokument normatywno-techniczny

PT 16-530.022-79

Specyfikacje

Napięcie trójfazowej sieci zasilającej o częstotliwości 50 Hz, V - 380/220 Pobór mocy, kW, nie więcej: bez oświetlenia i grzałek - 3,7 z oświetleniem i grzałkami - 12 Częstotliwość robocza generatora, kHz - 18 Generator moc wyjściowa, kW - 1,6 Sprawność generatora,%, nie mniej - 45 Napięcie anodowe generatora, V - 3000 Napięcie żarzenia lamp generatora, V - 6,3 Napięcie wyjściowe generatora, V - 220 Prąd magnesowania, A - 18 Prąd anodowy, A - 0,85 Prąd sieci, A - 0,28 Liczba wanien, szt. - 2 Objętość jednej wanny, l, nie mniej - 20 Czas podgrzewania roztworu myjącego w łaźniach od 5 do 65 ° С bez włączania generatora, min, nie więcej: podczas pracy na oleju AMG 10 - 20 podczas pracy na wodnych roztworach heksametafosforanu sodu, trifosforanu sodu i saletry sodowej lub sinwalu - 35 Czas trwania ciągłej pracy instalacji, h, nie więcej - 12 Chłodzenie wymuszone powietrzem elementów instalacji. Czas czyszczenia ultradźwiękowego jednego wkładu filtrującego, min, nie więcej - 10 Czas rozłożenia urządzenia do pozycji roboczej, min, nie więcej - 35 Czas na powrót do pozycji złożonej, min, nie więcej - 15 Waga, kg, nie więcej - 510
Okres gwarancji wynosi 18 miesięcy od daty uruchomienia.

Budowa i zasada działania

Konstrukcja jednostki ultradźwiękowej UZU4-1,6-O (patrz rysunek) to mobilny kontener, kompletowany w blokach.

Widok ogólny i wymiary jednostka ultradźwiękowa UZU4-1,6-О
Instalacja posiada dwie wanny technologiczne. Wyposażony w wózek do obracania filtrów i przenoszenia ich z jednej wanny do drugiej. Każda kąpiel posiada przetwornik magnetostrykcyjny PM1-1,6/18. Przetwornica jest chłodzona powietrzem, generator jest wbudowany. W skład kompletu dostawy zespołu UZU4-1,6-O wchodzą: zespół ultradźwiękowy UZU-1,6-O, ​​części zamienne i akcesoria, 1 kpl, komplet dokumentacji eksploatacyjnej, 1 kpl.

Czyszczenie ultradźwiękowe wykonuje się na instalacjach ultradźwiękowych, które z reguły obejmują jedną lub więcej wanien i generator ultradźwięków. Ze względu na cel technologiczny istnieją instalacje uniwersalne i specjalnego przeznaczenia. Te pierwsze służą do czyszczenia szerokiej gamy części, głównie produkcji jednostkowej i seryjnej. W produkcji masowej wykorzystywane są instalacje specjalnego przeznaczenia, często zautomatyzowane jednostki i linie produkcyjne.

Rysunek 28 - Wanna do czyszczenia ultradźwiękowego typu UZV-0.4

Moc wanien uniwersalnych waha się od 0,1 do 10 kW, a pojemność od 0,5 do 150 litrów. Wanny małej mocy mają wbudowane w dno przetworniki piezoceramiczne, a mocne kilka magnetostrykcyjnych.

Ultradźwiękowe wanny stołowe UZU-0.1 są tego samego typu; UZU-0,25 i UZU-0,4. Wanny te są coraz częściej stosowane w warunkach laboratoryjnych oraz w produkcji jednorazowej; zasilane są generatorami półprzewodnikowymi o mocy wyjściowej 100, 250 i 400 watów. Wanny mają prostokątny korpus i zdejmowaną pokrywę. Przetworniki piezoceramiczne (typ PP1-0.1) są wbudowane w dno wanien w ilości od jednego do trzech, w zależności od mocy wanny. Kosze siatkowe są dostępne do załadunku luzem. Wanny mają wbudowane we wspólny korpus komory do płukania części po czyszczeniu.

Na ryc. 28 przedstawia ultradźwiękową kąpiel do mycia blatów typu UZV-0.4, współpracującą z generatorem UZGZ-0.4. Ma metalowy, wygłuszony korpus 1 o kształcie cylindrycznym i pokrywę 3 połączoną z korpusem za pomocą zawiasu i mimośrodowego zacisku 2 z uchwytem. Do dna części roboczej wanny, którą jest membrana rezonansowa, przylutowany jest pakiet przetwornika magnetostrykcyjnego. Jego korpus posiada dwie rury doprowadzające i odprowadzające bieżącą wodę chłodzącą konwerter. Złączki tych rur wyprowadzone są do dolnej części korpusu w celu łatwego podłączenia do nich węży. Na korpusie znajduje się przełącznik dwustabilny do włączania i wyłączania wibracji ultradźwiękowych na generatorze, gdy jest on zainstalowany w pewnej odległości od wanny. Istnieje również uchwyt do otwierania odpływu płynu myjącego i odpowiednia złączka. Uzupełnieniem wanny jest kosz do załadunku czyszczonych części.

Rysunek 29 - Ultradźwiękowa kąpiel czyszcząca, typ UZV-18M

Z liczby uniwersalnych wanien czyszczących o większej mocy rozpowszechniły się wanny typu UZV. Wanny tego typu mają podobną konstrukcję. Na ryc. 29 przedstawia wannę typu UZV-18M. Spawana rama 1 wykonana jest w wykonaniu dźwiękoszczelnym. Zamykana jest pokrywą 5 z przeciwwagami 4. Pokrywa jest podnoszona i opuszczana ręcznie za pomocą uchwytów 6. Przetworniki magnetostrykcyjne 8 typu PMS-6-22 są wbudowane w dno 9 części roboczej wanny (od 1 do cztery, w zależności od mocy kąpieli). Do odsysania oparów płynu myjącego instalowane są kolektory pokładowe z rurą wylotową II, która jest podłączona do systemu wentylacji sklepu. W dolnej części sekcji roboczej zamontowany jest kran do spuszczania płynu myjącego; uchwyt dźwigu 19 jest wyprowadzony na przednią stronę. Odwodnienie rurami 14 i 16 może być wykonane do osadnika, kanalizacji lub do zbiornika 7 wbudowanego w wannę. Aby wykluczyć możliwość przepełnienia części roboczej cieczą, znajduje się rura spustowa.