Baza acestei metode de prelucrare este efectul mecanic asupra materialului. Se numește ultrasonic deoarece frecvența bătăii corespunde intervalului de sunete inaudibile (f = 6-10 5 kHz).

Undele sonore sunt vibrații elastice mecanice care se pot propaga doar într-un mediu elastic.

Când o undă sonoră se propagă într-un mediu elastic, particulele de material efectuează oscilații elastice în jurul pozițiilor lor cu o viteză numită vibrație.

Condensarea și rarefierea mediului într-o undă longitudinală se caracterizează prin exces, așa-numita presiune sonoră.

Viteza de propagare a undei sonore depinde de densitatea mediului în care se deplasează. Când se propagă într-un mediu material, o undă sonoră transportă energie care poate fi utilizată în procesele tehnologice.

Avantajele tratamentului cu ultrasunete:

Posibilitatea de a obține energie acustică prin diverse metode tehnice;

Gamă largă de aplicații ale ultrasunetelor (de la prelucrarea dimensională la sudare, lipire etc.);

Ușurință în automatizare și operare;

Dezavantaje:

Cost crescut al energiei acustice comparativ cu alte forme de energie;

Necesitatea fabricării generatoarelor de vibrații ultrasonice;

Necesitatea fabricării de unelte speciale cu proprietăți și formă speciale.

Vibrațiile ultrasonice sunt însoțite de o serie de efecte care pot fi folosite ca bază pentru desfășurarea diferitelor procese:

Cavitația, adică formarea de bule în lichid și spargerea acestora.

În acest caz, apar presiuni instantanee locale mari, ajungând la 10 8 N/m2;

Absorbția vibrațiilor ultrasonice de către o substanță, în care o parte din energie este convertită în căldură, iar o parte este cheltuită pentru schimbarea structurii substanței.

Aceste efecte sunt utilizate pentru:

Separarea moleculelor și particulelor de diferite mase în suspensii neomogene;

Coagularea (mărirea) particulelor;

Dispersarea (zdrobirea) unei substanțe și amestecarea acesteia cu altele;

Degazarea lichidelor sau a topiturii datorită formării de bule mari pop-up.

1.1. Elemente de instalații cu ultrasunete

Orice instalație cu ultrasunete (SUA) include trei elemente principale:

Sursa de vibrații ultrasonice;

Transformator acustic de viteza (hub);

Detalii atașament.

Sursele de vibrații ultrasonice (SUA) pot fi de două tipuri - mecanice și electrice.

Conversia mecanică a energiei mecanice, de exemplu, viteza unui lichid sau gaz. Acestea includ sirene cu ultrasunete sau fluiere.

Sursele electrice de testare cu ultrasunete transformă energia electrică în vibrații elastice mecanice de frecvența corespunzătoare. Traductoarele sunt electrodinamice, magnetostrictive și piezoelectrice.

Cele mai răspândite sunt traductoarele magnetostrictive și piezoelectrice.

Principiul de funcționare al traductoarelor magnetostrictive se bazează pe efectul magnetostrictiv longitudinal, care se manifestă printr-o modificare a lungimii unui corp metalic din materiale feromagnetice (fără a le modifica volumul) sub influența unui câmp magnetic.

Efectul magnetostrictiv diverse materiale diferit. Nichelul și permendurul (aliaj fier-cobalt) au magnetostricție ridicată.

Pachetul traductorului magnetostrictiv este un miez format din plăci subțiri, pe care este plasată o înfășurare pentru a excita un câmp electromagnetic alternant de înaltă frecvență în el.

Principiul de funcționare al traductoarelor piezoelectrice se bazează pe capacitatea anumitor substanțe de a-și modifica dimensiunile geometrice (grosime și volum) în câmp electric. Efectul piezoelectric este reversibil. Dacă o placă piezoelectrică este supusă unei deformări la compresiune sau la tracțiune, pe fețele sale vor apărea sarcini electrice. Dacă elementul piezoelectric este plasat într-un câmp electric alternativ, atunci acesta va fi deformat, provocând vibrații ultrasonice în mediu. O placă oscilantă din material piezoelectric este un traductor electromecanic.

Piezoelementele pe bază de titan de bariu, zirconat de plumb-titan sunt utilizate pe scară largă.

Transformatoarele acustice de viteza (concentratoare ale vibratiilor elastice longitudinale) pot avea formă diferită(Fig. 1.1).

Orez. 1.1. Forme de butuc

Acestea servesc pentru a potrivi parametrii traductorului cu sarcina, pentru a fixa sistemul oscilator și pentru a introduce vibrații ultrasonice în zona materialului de prelucrat. Aceste dispozitive sunt tije de diverse secțiuni, realizate din materiale cu rezistență la coroziune și cavitație, rezistență la căldură, rezistență la medii agresive.

1.2. Utilizarea tehnologică a vibrațiilor ultrasonice

În industrie, ultrasunetele sunt utilizate în trei domenii principale: impact de forță privind materialul, intensificarea și controlul ultrasonic al proceselor.

forta asupra materialului

Se solicita prelucrare aliaje dure și superdure, obținerea de emulsii stabile etc.

Două tipuri de tratament cu ultrasunete sunt cel mai frecvent utilizate la frecvențe caracteristice de 16-30 kHz:

Prelucrari dimensionale pe masini cu scule;

Curățare în băi lichide.

Principalul mecanism de lucru al mașinii cu ultrasunete este unitatea acustică (Fig. 1.2). Este conceput pentru a aduce unealta de lucru în mișcare oscilativă. Nodul acustic este alimentat de un generator de oscilații electrice (de obicei un generator de tuburi), la care este conectată înfășurarea 2.

Elementul principal al unității acustice este un convertor magnetostrictiv (sau piezoelectric) al energiei vibrațiilor electrice în energia vibrațiilor mecanice elastice - vibratorul 1.

Orez. 1.2. Unitate acustică de instalare cu ultrasunete

Oscilațiile vibratorului, care este variabil prelungit și scurtat cu frecvența ultrasonică în direcția câmpului magnetic al înfășurării, sunt amplificate de concentratorul 4 atașat la capătul vibratorului.

O unealtă din oțel 5 este atașată la butuc astfel încât să existe un spațiu între capătul său și piesa de prelucrat 6.

Vibratorul este plasat într-o carcasă de ebonită 3, unde este furnizată apă curentă de răcire.

Instrumentul trebuie să aibă forma unei anumite secțiuni a găurii. În spațiul dintre suprafața de capăt a sculei și suprafața piesei de prelucrat, un lichid cu cele mai mici granule de pulbere abrazivă este furnizat de la duza 7.

De la capătul oscilant al sculei, boabele abrazive capătă o viteză mai mare, lovesc suprafața piesei și scot cele mai mici așchii din aceasta.

Deși productivitatea fiecărui impact este neglijabilă, performanța mașinii este relativ ridicată, ceea ce se datorează frecvenței ridicate a sculei (16-30 kHz) și numărului mare de granule abrazive care se mișcă simultan cu o accelerație mare.

Pe măsură ce straturile de material sunt îndepărtate, unealta este alimentată automat.

Lichidul abraziv este furnizat zonei de procesare sub presiune și spăla deșeurile de prelucrare.

Folosind tehnologia cu ultrasunete, puteți efectua operațiuni precum perforarea, daltuirea, găurirea, tăierea, șlefuirea și altele.

Pentru curățarea suprafețelor se folosesc băi cu ultrasunete (Fig. 1.3). Părți metalice din produse de coroziune, pelicule de oxid, uleiuri minerale etc.

Funcționarea unei băi cu ultrasunete se bazează pe utilizarea efectului șocurilor hidraulice locale care apar într-un lichid sub acțiunea ultrasunetelor.

Principiul de funcționare a unei astfel de băi este următorul: piesa de prelucrat (1) este scufundată într-un rezervor (4) umplut cu un mediu de spălare lichid (2). Emițătorul vibrațiilor ultrasonice este o diafragmă (5) conectată la un vibrator magnetostrictiv (6) cu un adeziv (8). Baia este instalată pe un suport (7). Undele de vibrații ultrasonice (3) se propagă în zonă de muncă unde are loc prelucrarea.

Orez. 1.3. baie cu ultrasunete

Curățarea cu ultrasunete este cea mai eficientă în îndepărtarea contaminanților din cavitățile, adânciturile și canalele mici greu accesibile. În plus, această metodă face posibilă obținerea de emulsii stabile de astfel de lichide care sunt nemiscibile în mod obișnuit, cum ar fi apă și ulei, mercur și apă, benzen și altele.

Echipamentul cu ultrasunete este relativ costisitor, astfel încât este fezabil din punct de vedere economic să utilizați curățarea cu ultrasunete a pieselor mici numai în producția de masă.

Intensificarea proceselor tehnologice

Vibrațiile cu ultrasunete modifică semnificativ cursul unor procese chimice. De exemplu, polimerizarea la o anumită intensitate a sunetului este mai intensă. Cu o scădere a intensității sunetului, este posibil procesul invers - depolimerizarea. Prin urmare, această proprietate este utilizată pentru a controla reacția de polimerizare. Prin modificarea frecvenței și intensității vibrațiilor ultrasonice, este posibil să se asigure viteza de reacție necesară.

În metalurgie, introducerea vibrațiilor elastice de frecvență ultrasonică în topituri duce la o măcinare semnificativă a cristalelor și la o accelerare a formării depunerilor în timpul cristalizării, la o scădere a porozității, la o creștere a proprietăților mecanice ale topiturii solidificate și la o scăderea conținutului de gaz în metale.

Control cu ​​ultrasunete proceselor

Cu ajutorul vibrațiilor ultrasonice, este posibilă monitorizarea continuă a progresului procesului tehnologic fără a efectua teste de laborator mostre În acest scop, dependența parametrilor undei sonore de proprietăți fizice mediu, iar apoi prin modificarea acestor parametri după acțiunea asupra mediului, starea acestuia este judecată cu suficientă acuratețe. De regulă, se folosesc vibrații ultrasonice de intensitate scăzută.

Prin modificarea energiei unei unde sonore, este posibil să se controleze compoziția diferitelor amestecuri care nu sunt compuși chimici. Viteza sunetului în astfel de medii nu se modifică, iar prezența impurităților de materie suspendată afectează coeficientul de absorbție al energiei sonore. Acest lucru face posibilă determinarea procentului de impurități din substanța originală.

Prin reflectarea undelor sonore la interfața dintre medii („transmitere” printr-un fascicul ultrasonic), este posibil să se determine prezența impurităților în monolit și să se creeze dispozitive de diagnosticare cu ultrasunete.

Concluzii: ultrasunete - unde elastice cu o frecvență de oscilație de la 20 kHz la 1 GHz, inaudibile urechea umană. Instalațiile cu ultrasunete sunt utilizate pe scară largă pentru prelucrarea materialelor datorită vibrațiilor acustice de înaltă frecvență.

Ca parte a oricărui ultrasonic uzină de proces, inclusiv compoziția dispozitivelor multifuncționale include o sursă de energie (generator) și un sistem oscilator cu ultrasunete.

Un sistem oscilator cu ultrasunete pentru scopuri tehnologice constă dintr-un traductor, un element de potrivire și un instrument de lucru (emițător).

În convertorul (elementul activ) al sistemului oscilator, energia vibrațiilor electrice este transformată în energia vibrațiilor elastice de frecvență ultrasonică și se creează o forță mecanică alternativă.

Elementul de potrivire al sistemului (concentrator pasiv) realizează transformarea vitezelor și asigură coordonarea sarcinii externe și a elementului activ intern.

Instrumentul de lucru creează un câmp ultrasonic în obiectul prelucrat sau îl afectează direct.

Cea mai importantă caracteristică a sistemelor oscilatoare ultrasonice este frecvența de rezonanță. Acest lucru se datorează faptului că eficiența proceselor tehnologice este determinată de amplitudinea oscilațiilor (valorile deplasării vibraționale), iar valorile maxime ale amplitudinilor sunt atinse atunci când sistemul oscilator ultrasonic este excitat la frecvența de rezonanță. Valorile frecvenței de rezonanță a sistemelor de vibrații cu ultrasunete trebuie să fie în intervalele permise (pentru dispozitivele cu ultrasunete multifuncționale, această frecvență este de 22 ± 1,65 kHz).

Raportul dintre energia acumulată în sistemul oscilator ultrasonic și energia utilizată pentru acțiunea tehnologică pentru fiecare perioadă de oscilații se numește factor de calitate al sistemului oscilator. Factorul de calitate determină amplitudinea maximă a oscilațiilor la frecvența de rezonanță și natura dependenței amplitudinii oscilațiilor de frecvență (adică lățimea intervalului de frecvență).

Aspect Un sistem oscilator cu ultrasunete tipic este prezentat în Figura 2. Acesta constă dintr-un traductor - 1, un transformator (hub) - 2, un instrument de lucru - 3, un suport - 4 și o carcasă - 5.

Figura 2 - Sistem oscilator cu două jumătăți de undă și distribuția amplitudinilor de oscilație A și a tensiunilor mecanice care acționează F

Distribuția amplitudinii de oscilație A și a forțelor (tensiuni mecanice) F în sistemul oscilator are formă de unde staționare (cu condiția ca pierderile și radiațiile să fie neglijate).

După cum se poate observa din figura 2, există planuri în care deplasările și tensiunile mecanice sunt întotdeauna egale cu zero. Aceste planuri se numesc nodale. Planurile în care deplasările și tensiunile sunt minime se numesc antinoduri. Valorile maxime ale deplasărilor (amplitudinilor) corespund întotdeauna cu valorile minime ale tensiunilor mecanice și invers. Distanțele dintre două planuri nodale sau antinoduri adiacente sunt întotdeauna egale cu jumătate din lungimea de undă.

Într-un sistem oscilator există întotdeauna conexiuni care asigură conexiunea acustică și mecanică a elementelor sale. Conexiunile pot fi dintr-o singură piesă, totuși, dacă este necesară schimbarea instrumentului de lucru, conexiunile sunt filetate.

Sistemul oscilator cu ultrasunete, împreună cu carcasa, dispozitivele de alimentare cu energie și deschiderile de ventilație, este de obicei realizat ca o unitate separată. În viitor, folosind termenul de sistem oscilator ultrasonic, vom vorbi despre întregul nod în ansamblu.

Un sistem oscilator utilizat în dispozitivele cu ultrasunete multifuncționale în scopuri tehnologice trebuie să satisfacă o serie de cerințe generale.

1) Lucrați într-un interval de frecvență dat;

2) Lucrați cu toate modificările posibile ale sarcinii în timpul procesului tehnologic;

3) Asigurați intensitatea radiației sau amplitudinea oscilației necesare;

4) Să aibă cea mai mare eficiență posibilă;

5) Părțile sistemului oscilator ultrasonic în contact cu substanțele prelucrate trebuie să aibă rezistență la cavitație și chimic;

6) Să aibă o montură rigidă în corp;

7) Trebuie să aibă dimensiuni și greutate minime;

8) Trebuie îndeplinite cerințele de siguranță.

Sistemul oscilator cu ultrasunete prezentat în Figura 2 este un sistem oscilant cu două semi-unde. În el, traductorul are o dimensiune rezonantă egală cu jumătate din lungimea de undă a vibrațiilor ultrasonice din materialul traductorului. Pentru a crește amplitudinea oscilațiilor și pentru a potrivi traductorul cu mediul de prelucrat, se folosește un concentrator care are o dimensiune rezonantă corespunzătoare jumătate din lungimea de undă a vibrațiilor ultrasonice din materialul concentratorului.

Dacă sistemul oscilator prezentat în figura 2 este realizat din oțel (viteza de propagare a vibrațiilor ultrasonice în oțel este mai mare de 5000 m/s), atunci dimensiunea sa longitudinală totală corespunde cu L = С2p/w ~ 23 cm.

Pentru a îndeplini cerințele de compactitate ridicată și greutate redusă, se folosesc sisteme oscilatoare cu jumătate de undă, constând dintr-un convertor și un concentrator cu un sfert de undă. Un astfel de sistem oscilator este prezentat schematic în Figura 3. Denumirile elementelor sistemului oscilator corespund denumirilor din Figura 3.

Figura 3 - Sistem oscilator cu două sferturi de undă

În acest caz, este posibil să se asigure dimensiunea și masa longitudinală minimă posibilă a sistemului oscilator ultrasonic, precum și reducerea numărului de conexiuni mecanice.

Dezavantajul unui astfel de sistem oscilator este conectarea convertorului cu concentratorul în planul celor mai mari solicitări mecanice. Cu toate acestea, acest dezavantaj poate fi eliminat parțial prin deplasarea elementului activ al convertorului din punctul de tensiuni maxime de funcționare.

Utilizarea aparatelor cu ultrasunete

Ultrasunetele puternice sunt un mijloc unic ecologic de stimulare a proceselor fizice și chimice. Vibrații ultrasonice cu o frecvență de 20.000 - 60.000 Herți și o intensitate de peste 0,1 W/cm2. poate provoca schimbări ireversibile în mediul de distribuție. Predetermina posibilitățile uz practic ultrasunete puternice în următoarele zone.

Procese tehnologice: prelucrarea materiilor prime minerale, îmbogățirea și procesele de hidrometalurgie a minereurilor metalice etc.

Ulei și industria gazelor: recuperare puțuri de petrol, extracția uleiului vâscos, procesele de separare în sistemul petrolier cu nisip greu, creșterea fluidității produselor petroliere grele etc.

Metalurgie și inginerie mecanică: rafinarea topiturii metalice, șlefuirea structurii unui lingot/turnare, prelucrarea unei suprafețe metalice pentru a o întări și a ameliora tensiunile interne, curățarea suprafețelor exterioare și a cavităților interne ale pieselor mașinii etc.

Tehnologii chimice și biochimice: procese de extracție, sorbție, filtrare, uscare, emulsionare, obținere de suspensii, amestecare, dispersie, dizolvare, flotare, degazare, evaporare, coagulare, coalescență, procese de polimerizare și depolimerizare, obținerea de nanomateriale etc.

Energie: arderea lichidului și combustibil solid, prepararea emulsiilor de combustibil, producerea de biocombustibili etc.

Agricultura, alimentația și industria ușoară: procesele de germinare a semințelor și de creștere a plantelor, prepararea aditivilor alimentari, tehnologia cofetăriei, prepararea băuturilor alcoolice și nealcoolice etc.

Utilități: recuperarea puţurilor de apă, prepararea apei potabile, îndepărtarea depunerilor de pe pereţii interiori schimbătoare de căldură etc.

Protecția mediului: curățare Ape uzate contaminate cu produse petroliere, metale grele, compuși organici persistenti, purificarea solurilor poluate, purificarea fluxurilor de gaze industriale etc.

Prelucrarea materiilor prime secundare: devulcanizarea cauciucului, curățarea calcarului metalurgic de poluarea cu petrol etc.

ELECTROSPETE

ELECTROSPETE

Instalații electrochimic-mecanice, instalații cu ultrasunete (UZU)

Baza acestei metode de prelucrare este efectul mecanic asupra materialului. Se numește ultrasonic deoarece frecvența bătăii corespunde intervalului de sunete inaudibile (f = 6...10 5 kHz).
Undele sonore sunt vibrații elastice mecanice care se pot propaga doar într-un mediu elastic.
Când o undă sonoră se propagă într-un mediu elastic, particulele de material efectuează oscilații elastice în jurul pozițiilor lor cu o viteză numită vibrație.
Condensarea și rarefierea mediului într-o undă longitudinală se caracterizează prin exces, așa-numita presiune sonoră.
Viteza de propagare a undei sonore depinde de densitatea mediului în care se deplasează.
Cu cât materialul mediului este mai rigid și mai ușor, cu atât viteza este mai mare. Când se propagă într-un mediu material, o undă sonoră transportă energie care poate fi utilizată în procesele tehnologice.
Avantajele tratamentului cu ultrasunete:

Posibilitatea de a obține energie acustică prin diverse metode tehnice;
- o gamă largă de aplicații ale ultrasunetelor (de la prelucrarea dimensională la sudare, lipire etc.);
- ușurință în automatizare și operare

Dezavantaje:

Cost crescut al energiei acustice comparativ cu alte forme de energie;
- necesitatea fabricarii generatoarelor de vibratii ultrasonice;
- necesitatea fabricarii de scule speciale cu proprietati si forma deosebite.

Vibrațiile ultrasonice sunt însoțite de o serie de efecte care pot fi folosite ca bază pentru desfășurarea diferitelor procese:
- cavitație, adică formarea de bule în lichid (în timpul fazei de expansiune) și spargerea acestora (în timpul fazei de compresie); în acest caz, apar presiuni instantanee locale mari, atingând valori de 10 2 N/m 2 ;
- absorbția vibrațiilor ultrasonice de către o substanță în care o parte din energie este transformată în căldură, iar o parte este cheltuită pentru modificarea structurii substanței.
Aceste efecte sunt utilizate pentru:
- separarea moleculelor si particulelor de diverse mase in suspensii neomogene;
- coagularea (mărirea) particulelor;
- dispersia (zdrobirea) unei substante si amestecarea acesteia cu altele;
- degazarea lichidelor sau a topiturii datorită formării de bule mari pop-up.
Elemente ale UZU
Orice UZU include trei elemente principale:
- sursa de vibratii ultrasonice;
- transformator acustic de viteza (concentrator);
- detalii de fixare.
Sursele de vibrații ultrasonice pot fi de două tipuri - mecanice și electrice.
Sursele mecanice convertesc energia mecanică, cum ar fi viteza unui lichid sau gaz.
Acestea includ sirene și fluiere cu ultrasunete.Sursele electrice de testare cu ultrasunete transformă energia electrică în vibrații elastice mecanice de frecvența corespunzătoare. Traductoarele sunt electrodinamice, magnetostrictive și piezoelectrice.
Cele mai răspândite sunt traductoarele magnetostrictive și piezoelectrice.
Principiul de funcționare al traductoarelor magnetostrictive se bazează pe efectul magnetostrictiv longitudinal, care se manifestă printr-o modificare a lungimii unui corp metalic din materiale feromagnetice (fără a modifica volumul acestora) sub acțiunea unui câmp magnetic.
Efectul magnetostrictiv al diferitelor metale este diferit. Nichelul și permendurul au magnetostricție ridicată.
Pachetul traductorului magnetostrictiv este un miez de plăci subțiri, pe care este plasată o înfășurare pentru a excita un câmp electromagnetic alternant de înaltă frecvență în el.
Cu efectul magnetostrictiv, semnul deformării miezului nu se schimbă atunci când direcția câmpului este inversată. Frecvența modificării deformației este de 2 ori mai mare decât frecvența (f) a modificării curentului alternativ care trece prin înfășurarea convertorului, deoarece deformarea de același semn are loc în semiciclurile pozitive și negative.
Principiul de funcționare traductoare piezoelectrice se bazează pe capacitatea anumitor substanțe de a-și modifica dimensiunile geometrice (grosime și volum) într-un câmp electric. Efectul piezoelectric este reversibil. Dacă o placă piezoelectrică este supusă unei deformări la compresiune sau la tracțiune, pe fețele sale vor apărea sarcini electrice. Dacă elementul piezoelectric este plasat într-un câmp electric alternativ, atunci se va deforma, provocând vibrații ultrasonice în mediu. O placă oscilantă din material piezoelectric este un traductor electromecanic.
Elementele piezoelectrice pe bază de titan de bariu, zirconat de plumb-titan (PZT) sunt utilizate pe scară largă.
Transformatoare acustice de viteza(concentratorii vibrațiilor elastice longitudinale) pot avea o formă diferită (Fig. 1.4-10).

Acestea servesc pentru a potrivi parametrii traductorului cu sarcina, pentru a fixa sistemul oscilator și pentru a introduce vibrații ultrasonice în zona materialului de prelucrat.
Aceste dispozitive sunt tije de diverse secțiuni, realizate din materiale cu rezistență la coroziune și cavitație, rezistență la căldură, rezistență la medii agresive și abraziune.
Concentratoarele caracterizează coeficientul de concentrație al fluctuațiilor (K kk):

Creșterea amplitudinii de oscilație a capătului cu o secțiune mică în comparație cu amplitudinea oscilațiilor capătului unei secțiuni mai mari se explică prin faptul că, cu aceeași putere de oscilație în toate secțiunile transformatorului de viteză, intensitatea oscilațiilor de capătul mic este „K kk” de ori mai mare.

Utilizarea tehnologică a testării cu ultrasunete

În industrie, ultrasunetele sunt utilizate în trei domenii principale: forța asupra materialului, intensificarea și controlul ultrasonic al proceselor.
impact de forță pe material se foloseste la prelucrarea mecanica a aliajelor dure si superdure, obtinerea de emulsii stabile etc.
Cele mai frecvent utilizate sunt două tipuri de tratament cu ultrasunete la frecvențe caracteristice de 16.. .30 kHz:
- prelucrare dimensională pe mașini cu scule,
- curatare in bai cu mediu lichid.
Principalul mecanism de lucru al mașinii cu ultrasunete este unitatea acustică
( orez. 1.4-11). Este conceput pentru a aduce unealta de lucru în mișcare oscilativă.

Unitatea acustică este alimentată de un generator de oscilații electrice (de obicei o lampă), la care este conectată înfășurarea (2)
Elementul principal al unității acustice este un convertor magnetostrictiv (sau piezoelectric) al energiei vibrațiilor electrice în energia vibrațiilor mecanice elastice - un vibrator (1).
Vibrațiile vibratorului, care se prelungește și se scurtează alternativ cu frecvența ultrasonică în direcția câmpului magnetic al înfășurării, sunt amplificate de concentratorul (4) atașat la capătul vibratorului.
O unealtă din oțel (5) este atașată la butuc astfel încât să existe un spațiu între capătul său și piesa de prelucrat (6).
Vibratorul este plasat într-o carcasă de ebonită (3), unde este furnizată apă de răcire curentă.
Instrumentul trebuie să aibă forma unei anumite secțiuni a găurii. În spațiul dintre suprafața de capăt a sculei și suprafața piesei de prelucrat, din duza (7) este furnizat un lichid cu cele mai mici granule de pulbere abrazivă.
De la capătul oscilant al sculei, granulele abrazivului capătă o viteză mai mare, lovesc suprafața piesei și scot cele mai mici așchii din aceasta.
Deși performanța fiecărui impact este neglijabilă, performanța instalației este relativ ridicată, datorită frecvenței mari a vibrațiilor sculei (16...30 kHz) și a unui număr mare de granule abrazive (20...100 mii/). cm3) deplasându-se simultan cu accelerație mare.
În procesul de îndepărtare a straturilor de material se realizează darea automată a sculei.
Fluidul abraziv este introdus în zona de procesare sub presiune și spăla deșeurile de prelucrare.
Cu ajutorul tehnologiei cu ultrasunete, este posibil să se efectueze astfel de operațiuni precum fulgere, daltuire, găurire, tăiere, șlefuire și altele.
Un exemplu pot fi mașinile de cusut cu ultrasunete fabricate de industrie (modele 4770, 4773A) și universale (modele 100A).
Băi cu ultrasunete (Fig. 1.4-12) sunt folosite pentru curățarea suprafețelor pieselor metalice de produse de coroziune, pelicule de oxid, uleiuri minerale etc.

Funcționarea unei băi cu ultrasunete se bazează pe utilizarea efectului șocurilor hidraulice locale care apar într-un lichid sub acțiunea ultrasunetelor.
Principiul de funcționare a unei astfel de băi este următorul. Piesa de prelucrat (1) este scufundată (suspendată) într-un rezervor (4) umplut cu un mediu de spălare lichid (2).
Emițătorul vibrațiilor ultrasonice este o diafragmă (5) conectată la un vibrator magnetostrictiv (b) cu ajutorul unei compoziții adezive (8).
Baia este instalată pe un suport (7). Undele de vibrații ultrasonice (3) se propagă în zona de lucru în care se efectuează prelucrarea.
Curățarea cu ultrasunete este cea mai eficientă în îndepărtarea contaminanților din cavitățile, adânciturile și canalele mici greu accesibile.
În plus, această metodă face posibilă obținerea de emulsii stabile de astfel de lichide care sunt nemiscibile în mod obișnuit, cum ar fi apă și ulei, mercur și apă, benzen, apă și altele.
Echipamentul cu ultrasunete este relativ costisitor, astfel încât este fezabil din punct de vedere economic să utilizați curățarea cu ultrasunete a pieselor mici numai în producția de masă.
Intensificarea proceselor tehnologice.
Vibrațiile cu ultrasunete modifică semnificativ cursul unor procese chimice.
De exemplu, polimerizarea la o anumită intensitate a sunetului este mai intensă. Cu o scădere a intensității sunetului, este posibil procesul invers - depolimerizarea.
Prin urmare, această proprietate este utilizată pentru a controla reacția de polimerizare. Prin modificarea frecvenței și intensității vibrațiilor ultrasonice, este posibil să se asigure viteza de reacție necesară.
În metalurgie, introducerea vibrațiilor elastice de frecvență ultrasonică în topituri duce la o măcinare semnificativă a cristalelor și la o accelerare a formării depunerilor în timpul cristalizării, la o scădere a porozității, la o creștere a proprietăților mecanice ale topiturii solidificate și la o scăderea conținutului de gaz în metale.
Un număr de metale (de exemplu, plumbul și aluminiul) nu se amestecă sub formă lichidă. Impunerea vibrațiilor ultrasonice asupra topiturii contribuie la „dizolvarea” unui metal în altul. Controlul procesului cu ultrasunete.
Cu ajutorul vibrațiilor ultrasonice, este posibilă monitorizarea continuă a progresului procesului tehnologic fără analiza de laborator a probelor.
În acest scop, se stabilește inițial dependența parametrilor undei sonore de proprietățile fizice ale mediului, iar apoi, prin modificarea acestor parametri după acțiunea asupra mediului, se apreciază starea acestuia cu suficientă acuratețe. De regulă, se folosesc vibrații ultrasonice de intensitate scăzută.
Prin modificarea energiei unei unde sonore, este posibil să se controleze compoziția diferitelor amestecuri care nu sunt compuși chimici. Viteza sunetului în astfel de medii nu se modifică, iar prezența impurităților de materie suspendată afectează coeficientul de absorbție al energiei sonore. Acest lucru face posibilă determinarea procentului de impurități din materia primă.
Prin reflectarea undelor sonore la interfața dintre medii („transmitere” printr-un fascicul ultrasonic), este posibil să se determine prezența impurităților în monolit și să se creeze dispozitive de diagnosticare cu ultrasunete.

Informatii generale

Unitatea cu ultrasunete UZU-1,6-O este concepută pentru a curăța elementele metalice de filtrare și pachetele de filtre ale sistemelor hidraulice de combustibil și ulei ale aeronavelor, motoarelor de aeronave și echipamentelor de banc de impurități mecanice, substanțe de gudron și produse de cocsificare cu ulei.
Este posibilă curățarea pachetelor de filtre din material Kh18 H15-PM la fabrică conform tehnologiei producătorului pachetului de filtre.

Structura simbolului

UZU4-1,6-O:
UZU - instalatie cu ultrasunete;
4 - executarea;
1,6 - putere nominală oscilante, kW;
O - curatare;
U, T2 - proiectare climatică și categoria de plasare
conform GOST 15150-69, temperatura mediului ambiant
de la 5 la 50°C. ї Mediu inconjurator- neexploziv, care nu contine praf conductiv, nu contine vapori agresivi, gaze care pot perturba functionarea normala a instalatiei.
Instalarea respectă cerințele TU16-530.022-79.

Document normativ si tehnic

TU 16-530.022-79

Specificații

Tensiunea rețelei de alimentare trifazate cu o frecvență de 50 Hz, V - 380/220 Putere consumată kW, nu mai mult: fără iluminat și încălzitoare - 3,7 cu iluminat și încălzire - 12 Frecvența de funcționare a generatorului, kHz - 18 Puterea de ieșire a generatorului, kW - 1,6 randamentul generatorului, %, nu mai puțin de - 45 Tensiune anod generator, V - 3000 Tensiune luminozitate lămpii generator, V - 6,3 Tensiune de ieșire generator, V - 220 Curent de magnetizare, A - 18 Curent anod, A - 0,85 Curent rețea, A - 0,28 Număr de băi, buc - 2 Volumul unei băi, l, nu mai puțin de - 20 Timp de încălzire a soluției de spălare în băi de la 5 la 65°C fără a porni generatorul, min, nu mai mult: la funcționarea cu ulei AMG 10 - 20 în timpul funcționării pe soluții apoase de hexametafosfat de sodiu, fosfat trisodic și azotat de sodiu sau sinval - 35 Durata funcționării continue a instalației, h, nu mai mult - 12 Răcirea elementelor instalației este forțată cu aer. Timp curatare cu ultrasunete un element filtrant, min, nu mai mult de - 10 Timp de instalare a instalației în poziția de lucru, min, nu mai mult de - 35 Timp de pliere în poziția de depozitare, min, nu mai mult de - 15 Greutate, kg, nu mai mult decât - 510
Perioada de garantie - 18 luni de la data punerii in functiune.

Proiectare și principiu de funcționare

Designul unității cu ultrasunete UZU4-1,6-O (vezi figura) este un container mobil, completat în blocuri.

Vedere generală și dimensiuni unitate cu ultrasunete UZU4-1,6-O
Planta are două băi tehnologice. Echipat cu un carucior pentru rotirea filtrelor si transferul acestora dintr-o baie in alta. Fiecare baie este echipata cu un traductor magnetostrictiv tip PM1-1.6/18. Convertorul este răcit cu aer, generatorul este încorporat. Setul de livrare al unității UZU4-1.6-O include: unitate cu ultrasunete UZU-1.6-O, piese de schimb și accesorii, 1 set, un set de documentație operațională, 1 set.

Curățarea cu ultrasunete se realizează pe unități cu ultrasunete, care includ de obicei una sau mai multe băi și un generator de ultrasunete. După scopul tehnologic, se disting instalațiile de destinație universală și cele speciale. Primele sunt folosite pentru a curăța o gamă largă de piese, în principal dintr-o singură bucată și producție de masă. În producția de masă, se folosesc instalații cu destinație specială și adesea unități și linii de producție automatizate.

Figura 28 - Baie pentru curatare cu ultrasunete tip UZV-0.4

Puterea căzilor de baie universale variază de la 0,1 la 10 kW, iar capacitatea - de la 0,5 la 150 de litri. Băile de putere mică au traductoare piezoceramice încorporate în fund, iar cele puternice au mai multe magnetostrictive.

Băile de birou cu ultrasunete UZU-0.1 sunt de același tip; UZU-0,25 și UZU-0,4. Aceste băi sunt mai des folosite în condiții de laborator și producție unică; sunt alimentate de generatoare cu semiconductori cu o putere de ieșire de 100, 250 și 400 wați. Căzile au corp dreptunghiular și capac detașabil. Traductoarele piezoceramice (tip PP1-0.1) sunt încorporate în fundul băilor în cantitate de la unu la trei, în funcție de puterea băii. Coșurile din plasă sunt disponibile pentru încărcarea pieselor în vrac. Căzile au compartimente încorporate în corpul comun pentru clătirea pieselor după curățare.

Pe fig. 28 prezintă o baie de curățare cu ultrasunete pentru birou de tip UZV-0.4, care funcționează cu un generator UZGZ-0.4. Are un corp metalic izolat fonic 1 de forma cilindrica si un capac 3 legat de corp printr-o balama si o clema excentrica 2 cu maner. În partea de jos a părții de lucru a băii, care este o membrană rezonantă, este lipit un pachet de traductor magnetostrictiv. Corpul său are două conducte pentru alimentarea și evacuarea apei curente, care răcesc convertizorul. Fitingurile acestor țevi sunt aduse în partea de jos a corpului pentru confortul atașării furtunurilor la ele. Pe carcasă există un comutator basculant pentru pornirea și oprirea vibrațiilor ultrasonice ale generatorului atunci când acesta este instalat la distanță de baie. Există și un mâner pentru deschiderea scurgerii lichidului de spălat și fitingul corespunzător. Cada de baie este completata cu un cos pentru incarcarea detaliilor curatate.

Figura 29 - Baie pentru curatare cu ultrasunete tip UZV-18M

Dintre băile de curățare universale de putere mai mare, băile de tip RAS sunt utilizate pe scară largă. Băile de acest tip au un design similar. Pe fig. 29 prezintă o cadă de tip UZV-18M. Cadrul sudat 1 este realizat într-o variantă izolată fonic. Se închide cu un capac 5 cu contragreutăți 4. Capacul este ridicat și coborât manual cu mânerele 6. Traductoarele magnetostrictive 8 de tip PMS-6-22 sunt încorporate în fundul 9 al părții de lucru a băii (de la unu la patru, în funcție de puterea băii). Pentru a aspira vaporii lichidului de spălare, colectoarele de la bord sunt instalate cu o conductă de evacuare II, care este conectată la sistemul de ventilație al magazinului. Un robinet pentru scurgerea lichidului de spălare este montat în partea de jos a piesei de lucru; mânerul 19 al macaralei este afișat pe partea din față. Drenajul prin conductele 14 și 16 se poate face într-un rezervor de decantare, sistem de canalizare sau într-un rezervor 7 încorporat în baie. Pentru a exclude posibilitatea de revărsare a părții de lucru cu lichid, există o conductă de drenaj.