Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2000
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Метрологія
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет "Львівська політехніка"
ОДЕРЖАННЯ УЛЬТРАЗВУКУ ТА ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ В ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСАХ
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 2
з курсу "Технологія та конструювання засобів вимірювання"
для студентів базового напрямку 6.0913 -
"Метрологія та вимірювальна техніка"
ЗАТВЕРДЖЕНО
на засіданні кафедри
метрології, стандартизації
та сертифікації
Протокол № 1
від 27 серпня 2000 р.
Львівська політехніка 2000
Одержання ультразвуку та його застосування в технологічних процесах. Інструкція до лабораторної роботи № 2 з курсу "Технологія та конструювання засобів вимірювання" для студентів базового напрямку 6.0913 - "Метрологія та вимірювальна техніка" / Укл. Р.І.Байцар, М.П.Гінгін. - Львів: Вид-во Нац. ун-ту "Львівська політехніка" 2000. – 23 с. .
Укладачі: Байцар Роман Іванович, д.т.н., с.н.с.
Гінгін Микола Петрович, аспірант.
Відповідальний за випуск: П.Г.Столярчук, д.т.н., проф.
Рецензент: Р.В.Бичківський, д.т.н., проф.
Навчальне видання
ОДЕРЖАННЯ УЛЬТРАЗВУКУ ТА ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ В
ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСАХ
І Н С Т Р У К Ц І Я
до лабораторної роботи № 2
з курсу "Технологія та конструювання засобів вимірювання"
для студентів базового напрямку 6.0913 -
"Метрологія та вимірювальна техніка"
Укладачі: Байцар Роман Іванович
Гінгін Микола Петрович
Мета роботи – ознайомлення з основами техніки одержання ультразвуку, розрахунком основних конструкційних елементів магнітострикційного перетворювача та його застосуванням у різноманітних технологічних процесах.
1. План роботи
Ознайомитися з означенням ультразвуку, його одержанням і особливостями застосування в технологічних процесах.
Вивчити принцип дії магнітострикційного перетворювача та методи його розрахунку.
Розрахувати ступінчатий концентратор для передачі ультразвукової енергії від перетворювача.
Ознайомитися з джерелами живлення, за допомогою яких електрична енергія промислової частоти перетворюється в енергію змінного струму ультразвукової частоти.
Ознайомитися з принциповою схемою ультразвукового різання.
Ознайомитися зі схемою ультразвукового паяння.
Ознайомитися зі схемою ультразвукової очистки та іншими застосуваннями.
Оформити звіт.
2.Основні теоретичні відомості
2.1. Поняття про ультразвук
Застосування ультразвуку пов’язане з багатьма технологічними операціями виробництва приладів ( різкою матеріалів, безфлюсовим паянням, промиванням деталей і заготовок, модифікацією властивостей матеріалів ).
Ультразвуковими коливаннями або просто ультразвуком називають механічні коливання пружного середовища (повітря, рідини, металу), частота яких лежить за верхнею межею чутності людського вуха, тобто перевищує 20 кГц.
Для технічного використання ультразвуку важливими є три основні особливості :
1. велика проникаюча здатність в твердих тілах, особливо в кристалічних (швидкість розповсюдження ультразвуку в повітрі становить ( 331 м/с, у рідинах ( 1500 м/с, а в металах ( 5 ... 6 тис. м/с);
2. здатність відбиватися від межі розділу двох речовин ;
3. велика питома потужність (до 500 Вт/см2) на одиницю поверхні.
Перші дві властивості ультразвуку широко використовують у дефектоскопії (виявлення прихованих дефектів в матеріалах).
Третя властивість дозволяє використовувати його для подрібнення, свердління, різання, очистки різноманітних матеріалів.
Ультразвуком можна обробляти такі крихкі та тверді матеріали як кремній, германій, кераміку, скло, вольфрам, молібден і т. ін.
В основі механічної дії ультразвуку на матеріали лежить характерне для ультразвуку в рідинах явище кавітації. При утворенні потужних коливань рідини ультразвукової часто-ти в результаті стискання рідини створюється дуже високий тиск. У наступний за стисканням момент розрідження (розтяг рідини внаслідок великих швидкостей руху частинок) виникають розривання рідини. Порожнини, що при цьому утворюються, називають кавітаційними порожнинами. Слідом за розрідженням знову настає стиск, бульбашка захлопується, а в цьому місці розвивається дуже високий тиск. Під дією багаторазових кавітаційних імпульсів тиску обробляється поверхня деталі.
2.2. Одержання ультразвуку
Для одержання ультразвукових коливань використовують два абсолютно різні явища – п’єзоефект і магнітострикцію.
Ефект магнітострикції (від грецького слова “магнетик” і латинського “стриктус” – стиснутий, розтягнутий) був відкритий у 1847 році.
Було виявлено, що при перемагнічуванні електричним струмом стержнів зі заліза і нікелю вони змінюють свої розміри. Стержень або зменшується, або збільшується в такт зміні струму в обмотці соленоїда. Зі зміною розмірів стержня виникають коливання оточуючого середовища – звук, а при струмах високої частоти – ультразвук.
Таким чином, принцип дії електромеханічних випромінювачів (магнітострикторів) полягає у перетворенні електричних коливань струму відповідної частоти в обмотці магнітостриктора в механічні коливання його осердя. Для одержання механічних (ультразвукових) коливань необхідний змінний струм ультразвукової частоти.
Розроблені і широко застосовуються електричні генератори необхідної потужності для всього діапазону ультразвукових частот.
Для підсилення амплітуди коливань осердя магнітостриктора, тобто для одержання потужніших ультразвукових коливань, використовується явище резонансу. Осердя магнітостриктора розраховується таким чином, щоб частота змінного струму генератора відповідала резонансній частоті коливань осердя.
Найкращими матеріалами для магнітострикційних перетворювачів (випромінювачів) є нікель, пермендюр (К49Ф2, К-65), альфер (Ю-12, Ю-14).
Для зменшення втрат за рахунок струмів Фуко (вихрових струмів) тіло магнітостриктора складається з тонких пластинок, ізольованих одна від одної.
Інший метод перетворення електричних коливань високої частоти в механічні коливання пов’язаний із використанням п’єзоелектричного ефекту. Цей метод знайшов широке застосування при вивченні ультразвукових коливань; він дозволяє отримати коливання найвищої ультразвукової частоти (5 ( 6 МГц).
У 1880 році братами Кюрі було виявлено, що при розтягу і стиску в певному напрямку на поверхні деяких кристалів виникають електричні заряди. Це явище було назване п’єзоелектричним ефектом. Заряд, що виникає при деформації кристала, пропорційний до стиску або розтягу кристала. Знак заряду залежить від виду деформації. П’єзоелектричний ефект було виявлено на кристалах турмаліну, кварцу, хлорату натрію та ін.
П’єзоелектричний ефект зворотній, тобто такі кристали в електричному полі стискаються і розтягуються з частотою, яка відповідає частоті зміни знаків електричних зарядів на йх площинах.
Таким чином, п’єзокристали стають випромінювачами ультразвуку. За допомогою п’єзокристалів не вдається одержати ультразвукові коливання великої потужності і п’єзокристалічні випромінювачі використовують переважно для дефектоскопії.
Магнітострикційні перетворювачі
Величина магнітної деформації феромагнітних матеріалів залежить від їх властивостей, технології виготовлення перетворювача, величини попереднього намагнічення і температури нагріву при його роботі. На рис.1 наведені криві залежності відносного видовження від напруженості і магнітного поля для нікелю і пермендюра. Характерно, що перетворювачі, виготовлені з пермендюра, при намагнічуванні видовжуються, а виготовленні з нікелю – стискаються.
Магнітострикційна деформація залежить від температури середовища, в якому працює перетворювач. Із підвищенням температури деформація зменшується, а в точці Кюрі зовсім зникає. Так, наприклад, при нагріванні нікелю до 100 (С магнітострокційний ефект зменшується на 10 – 12 %, а при температурі ( 360 (С (точка Кюрі нікелю) – зовсім зникає. Магнітострикційні властивості пермендюра зберігаються до температури 200 – 300 (С.
Рис.1. Відносне видовження магнітострикційних матеріалів:
1 – пермендюр; 2 – нікель.
Для збереження магнітострикційних властивостей перетворювачів з цих матеріалів їх необхідно охолоджувати в процесі роботи; для цього звичайно застосовують проточну воду.
Конструкція магнітострикційного перетворювача може бути одно- і багатостержневою (рис.2). Одностержневий перетворювач має розімкнутий магнітний потік. Ці перетворювачі мають низький ККД внаслідок великих втрат на магнітні потоки розсіяння. З цієї точки зору кращими вважають дво- і багатостержневі перетворювачі, які мають замкнуте магнітне коло.
Найчастіше використовують двохстержневі магнітострикційні перетворювачі. Конструктивно вони складаються з тонколистових пластин, зібраних в пакет. Практично пластини з нікелю мають товщину 0.1 мм, а з пермендюра – 0.2 мм. Електрична ізоляція пластин забезпечується їх оксидуванням.
Для вибору розмірів магнітострикційного перетворювача враховують з потужність і робочу частоту. При цьому необхідно враховувати, що ККД магнітострикційного перетворювача не перевищує 0.5. Тому акустична потужність, яка випромінюється перетворювачем, приблизно в два рази менша від електричної потужності його живлення. Робочу частоту перетворювача приймають рівною 22 КГц ( 7.5% (діапазон дозволених частот).
Рис.2. Одностержневий ( а ) і двохстержневий ( б ) магнітострикційні переторювачі: 1 – стержень; 2 – накладка.
За відомою потужністю P ультразвукового генератора (Вт), площу S перерізу стержня перетворювача можна визначити за формулою :
, ( 1 )
де PП – питома потужність матеріала перетворювача.
Ширину вікна с приймають з урахуванням розміщення обмотки залежно від потужності P. Значення с становить :
Потужність, кВт
0.25 – 0.5
0.5 – 1.0
1.0 – 2.2
2.0 – 3.0
с, мм
8 – 10
10 - 14
14 - 16
15 - 18
При квадратному ( найбільш прийнятному ) перерізі пакета ширина H пластини визначається за формулою :
. ( 2 )
Тоді ширина кожного стержня складатиме :
. ( 3 )
Величина накладки b :
. ( 4 )
Довжину вікна пластини визначають за формулою :
, ( 5 )
де ( - коефіцієнт ( ), V- швидкість розповсюдження звуку в матеріалі пакета, f – частота.
Виконуючи ці розрахунки, можна з достатньою для практики точністю визначити довжину пластини l :
( 6 )
На рис.3 наведено графік для визначення довжини пластини магнітострикційного перетворювача в залежності від потужності P пристрою при робочій частоті f = 22 кГц.
Число витків обмотки двохстержневого пакета магнітострикційного перетворювача визначається з виразу :
U = 4,44 . n . f . S . B . 10-8, ( 7 )
де f – частота, n – число витків на двох стержнях, S – площа перерізу одного стержня, B – індукція (Гаусс), яка для пермендюра становить 900 – 1200, а для нікелю – 400 – 500, U - напруга збудження.
Струм підмагнічування визначається за формулою :
, ( 8 )
де H0 – напруженість магнітного поля, l – довжина пакета, n – число витків обмотки на стержнях.
При випробуваннях і роботі магнітострикційного перетворювача необхідно забезпечити його ефективне охолодження водою. Оптимальна кількість води, якою охолоджується магнітостриктор, становить від 0.5 (за потужності перетворювача 0.2 кВт) до 1.5 – 2 л/хв (за потужності 1.5 – 2.5 кВт).
Рис.3. Графік залежності довжини пластини l від потужності Р:
1 – для пермендюра; 2 – для нікелю.
Магнітострикційний ефект проявляють також ферити. Виготовленні з феритів магнітострикційні перетворювачі відзначаються значно меншою витратою електричної енергії, вищим, ніж у нікелевих перетворювачів, магнітострикційним ефектом і малим температурним коефіцієнтом. Крім того, феритові перетворювачі мають досить високу механічну міцність. Вони можуть працювати при температурах до 300 – 450 (С ; це не потребує примусового водного охолодження, що значно спрощує конструкцію акустичних головок.
Не дивлячись на вказані переваги, феритові перетворювачі рідко використовують в ультразвукових станках, що пояснюється складністю одержання у виробничих умовах на-дійного з’єднання елементів конструкції. Вони не надійні при тривалій експлуатації.
2.4. Концентратори
Для передачі ультразвукової енергії від перетворювача на робочий інструмент застосовують концентратори-хвилеводи. Вони трансформаують коливання малої амплітуди, які виникають на великій площі їх вхідного торця (у місці з’єднання з перетворювачем), в коливання великої амплітуди, що зосереджуються на малій площі їх вихідного торця.
Використовують в основному концентратори ступінчастої, експоненційної, конусної і катеноїдальної форми (рис.4).
Рис.4. Типи концентраторів :
а – ступінчастий; б – експоненційний; в – конусний; г – катеноїдальний.
У загальному вигляді концентратор – це стержень зі змінною площею поперечного перерізу, завдяки чому здійснюють трансформацію амплітуди. Основною характеристикою концентратора є теоретичний коефіцієнт підсилення К, який показує, у скільки разів амплітуда коливань його вихідного торця є більшою за амплітуду на вхідному торці. Цей коефіцієнт залежить від співвідношення N діаметрів вхідного D1 і вихідного D2 торців концентратора :
( 9 )
На рис.5 зображені залежності коефіцієнта К від N для концентраторів різних типів.
Видно, що найбільший коефіцієнт підсилення амплітуди для одного і того ж значенні N забезпечується ступінчастим концентратором. Такі концентратори простіші у виготовленні, що є важливою передумовою їх успішного застосування. Ступінчасті концентратори допускають найрізноманітніші комбінації з інструментами складної форми. Розрахунок ступінчастого концентратора значно простіший, ніж концентраторів інших типів. Для запобігання можливості виникнення бічних коливань при великих коефіцієнтах підсилення (К ( 8 ... 10), на практиці К ступінчастого концентратора беруть рівним 4 ( 6. Максимальне значення цього коефіцієнта для концентраторів експоненційної форми можна досягти 20 ... 22.
Рис.5. Залежності коефіцієнта підсилення амплітуди від співвідношення діаметрів вхідного і вихідного торців концентраторів: 1 – ступінчастого; 2 – катеноїдального; 3 – експоненційного; 4 – конусного.
Розрахунок ступінчастого концентратора
Резонансна довжина концентратора lP ( див. рис. 4, а ) визначається з виразу :
, ( 10 )
де ( - довжина хвилі в стержні сталого перерізу ;
с – швидкість повздовжніх хвиль (для сталі с = 5.1 105 см/с);
резонансна частота.
Ураховуючи те, що концентратори як правило зі сталі, тобто с = const, при визначені їх резонансної довжини можна скористатися даними таблиці.
Коефіцієнт підсилення амплітуди для ступінчастого концентратора :
. ( 11 )
Вага стального концентратора визначається з виразу :
, ( 12 )
де ( - густина матеріала концентратора ( для сталі ( = 7.8 кГ/см3).
Залежність довжини ступінчастого концентратора
від резонансної частоти.
Резонансна частота, кГц
18
19
20
20.5
21
21.5
22
22.5
Довжина
lp, мм
142
132
128
122
119
116
114
111
Вираз для знаходження вузла зміщення, де амплітуда дорівнює нулю :
. ( 13 )
Для розрахунку концентратора необхідно враховувати міцність матеріалу. Розповсюдження повздовжніх коливань по стержнях сталого і змінного перерізів спричиняє виникнення сил розтягу-стиску, які викликають змінні напруження. Ці напруження є симетричними, знакозмінними, а оскільки число циклів при ультразвукових коливаннях досить велике, величина напружень не повинна перевищувати межі міцності матеріалу.
Величина допустимих напружень залежить від опору матеріалу руйнуванню, а також від багатьох факторів конструктивного, технологічного і експлуатаційного характеру:
нерівномірності розподілу напружень по перерізу та їх концентрації;
якості обробки поверхневого шару концентраторів;
розмірів перерізів і радіусів переходу від одного діаметру до іншого.
Для виготовлення ступінчастих і експоненційних концентраторів задовільні результати дає застосування сталі 45. Амплітуда на вихідному торці концентратора може досягати 40 – 60 мкм (для сталей марок 10, 20, 30 амплітуда ( 30 мкм). Добрі результати дає застосування для виготовлення концентраторів титанових сплавів. Підвищити межу витривалості матеріалу концентратора вдається зміцненням поверхневого шару обкатуванням роликом (зростання на 50%), азотуванням, цементацією і циануванням.
Поверхневе загартовування концентраторів струмами високої частоти забезпечує підвищення витривалості на 60 – 70%. При цьому ступінчасті концентратори можуть надійно працювати при значних амплітудах (до 60 – 70 мкм).
Особлива увага приділяється частоті обробки концентраторів. Чистота поверхні не повинна бути нижчою (6. Торці концентраторів із різьбовим закріпленням шліфують до класу чистоти (8.
Концентратор з'єднують з перетворювачем пайкою твердими припоями або різьбовою шпилькою. В обох випадках досягається надійний акустичний контакт з'єднуваних деталей, що знижує втрати потужності в коливній системі.
При добре виготовленій і відлагодженій системі на вихідному торці концентратора можна спостерігати водяний "туман" – розпилення струменя води, яке супроводжується характерним шипінням.
Після відлагодження коливної системи обробляють вихідний торець концентра-тора (висвердлюється і нарізається отвір для приєднання інструмента).
2.5. Ультразвукові генератори.
Це джерела живлення, за допомогою яких електрична енергія промислової частоти перетворюється в енергію змінного струму ультразвукової частоти.
Найважливішою характеристикою ультразвукового генератора є його вихідна потужність. Найширше використовують генератори з потужністю від 0.2 до 0.4 кВт. В окремих випадках – до 1 кВт. Вихідну потужность генератора регулюють в межах 50 – 100 % від номіналу.
Іншою важливою характеристикою ультразвукового генератора є його коефіцієнт корисної дії (ККД), який залежить від потужності, типу ламп або напівпровідників та інших даних. Встановлено, що повний ККД генератора не повинен бути нижчим таких значень: при вихідній потужності генератора до 0.4 кВт – 30 %, 0.6 – 1.6 кВт – 40 % і 2.5 – 4.0 кВт – 50 %.
До генераторів ставлять такі основні технічні вимоги :
Можливість плавного регулювання частоти в заданому діапазоні (22 кГц ( 7.5%).
Стабільність амплітуди коливань повинна підтримуватись в межах ( ().
Крива вихідної напруги повинна мати синусоїдний характер.
Економічність, тобто високий ККД
Простота конструкції, зручність експлуатації та ремонту, мінімальні габарити і маса.
На практиці використовують лампові генератори, які працюють за схемою з незалежним збудженням. Останнє дозволяє просто і точніше настроювати генератор на потрібну частоту. Такі генератори містять три каскади: задаючий, проміжний і вихідний. Задаючий каскад формує імпульси заданої частоти, а наступні підсилюють їх до необхідної потужності.
Основні технічні характеристики лампового
ультразвукового генератора УЗГ – 0,2 М
Вихідні потужність, кВт ................................................... 0.2
Споживана потужність, кВт ............................................ 0.5
Робоча частота, кГц ........................................................ 20 ( 24
Струм підмагнічування, А................................................. 4
Габаритні розміри, мм :
в плані................................................................ 250 ( 360
висота ....................................................................... 220
Маса, кг............................................................................. 15
На цей час лампові ультразвукові генератори витісняються напівпровідниковими генераторами, які мають кращі характеристики і підвищену надійність. У сучасних генераторах передбачена можливість автоматичної підстройки частоти шляхом акустичного зворотнього зв'язку коливної системи з генератором. Можливість автопідстроювання частоти виключає необхідність підстроювання її під час роботи і підвищує продуктивність процесу ультразвукової обробки.
2.6. Застосування ультразвуку в технологічних процесах.
Ультразвукове різання
Ультразвукове різання матеріалів має низку переваг порівняно з іншими способами. Ріжучі інструменти, які використовують для цієї операції, міцні і дешеві. Ультразвуком можна одночасно робити багато заглиблень у готових пластинах. Зразки виробів одержують будь-якої форми (круглі, квадратні, трикутні та інші).
Принципова схема ультразвукового різання приведена на рис. 6.
Магнітостриктором є осердя 1 з обмоткою 2, з'єднаний з ультразвуковим генератором УЗГ. До осердя припаяний концентратор 3, який концентрує енергію на оброблюваній деталі. На концентраторі закріплений ріжучий інструмент 4, будь-якої геометричної форми.
Ріжучий інструмент контактує з деталлю 5, яка жорстко закріплюється на предметному столику 6. На ріжучий інструмент неперервно подається абразивна суспензія (вода з абразивним порошком) через патрубок 7.
Рис.6. Принципова схема ультразвукового різання.
При включенні ультразвукового генератора на обмотку осердя подається змінна напруга ультразвукової частоти, викликає появу електромагнітного поля. Зміна довжини осердя передається на концентратор з інструментом. Вібрація від концентратора передається на ріжучий інструмент, який здійснює вертикально повздовжній рух під прямим кутом до розрізуваної поверхні.
Ріжучий інструмент виготовляють з твердого і в'язкого матеріалу і надають форму, необхідну для отримання отворів потрібного профілю. Ріжучий інструмент контактує з оброблюваною деталлю під невеликим тиском у напрямку осі магнітостриктора. Абразивну суспензію подають між кінцем ріжучого інструмента і робочою поверхнею. Ріжучий інструмент передає механічну енергію від магнітостриктора на абразивну суспензію. В абразивній суспензії виникає кавітація, підсилена присутністю частинок абразивного порошка, яка видовбує (сколює) мікрочастинки розрізуваного матеріалу. Відпрацьовану (забруднену матеріалом) абразивну суспензію зливають, а на її місце подають свіжу. Таку заміну здійснюють упродовж усього циклу різання.
Ультразвукове паяння
Застосування ультразвуку для залуджування і паяння базується на його здатності викликати в рідинах і металах явище кавітації. Оксидні плівки, що покривають метал, швидко руйнуються під дією кавітації, а очищений метал змочується розплавленим припоєм. Оксидні плівки руйнуються так швидко, що очищена поверхня металу не встигає знову покритися окислами під дією кисню, який міститься у кавітаційних бульбашках. Інтенсивність руйнування оксидної плівки на металах підвищується зі збільшенням амплітуди коливань інструмента.
Для збудження в припої ультразвукових коливань при паянні або залуджуванні застосовують магнітострикційний перетворювач (рис. 7), механічно зв'язаний із жалом паяльника або дном ванни.
Рис.7. Ультразвукове паяння магнітострикційним перетворювачем :
1 – окисна плівка; 2 – розплавлений припій; 3 – жало паяльника; 4 – обмотка магнітостриктора; 5 – нагрівна обмотка; 6 – очищена поверхня; 7 – метал.
Ультразвуком можна без флюса залуджувати і паяти мідь, ковар , алюміній та інші матеріали.
Особливо важливим є ультразвукове паяння для алюмінію. Як відомо, алюміній із великими труднощами паяється звичайними методами, оскільки на повітрі він миттєво покривається оксидною плівкою, яка перешкоджає змочуванню поверхні металу рідким припоєм. Ультразвук руйнує оксидну плівку і забезпечує доступ припою до поверхні алюмінію.
Основна перевага ультразвукового паяння полягає в тому, що для цього процесу не потрібно флюса, який погіршує електричні параметри напівпровідникових мікроелектричних приладів.
Метод ультразвукового паяння зануренням у ванну з припоєм дозволяє автоматизувати процес залуджування деталей приладів.
Ультразвукова очистка деталей
Ультразвуком можна очищати поверхню деталей приладів, а також напівпровідникових матеріалів від різноманітних забруднень: оксидних плівок, залишків матеріалів, які використовувались при попередніх технологічних операціях і т. п.
Ультразвук прискорює і покращує процес розчинення забрудненої плівки рідини (особливо, якщо рідина є розчинником для плівки), а також створює чисто механічну дію на плівку, що видаляється.
Особливо важливе значення має очистка ультразвуком невеликих деталей складної конструкції, які складно, а іноді і неможливо очистити іншими відомими способами.
Принципова схема ультразвукової очистки зображена на рис. 8.
Для ультразвукової очистки коливання певної частоти підводять до поверхні (дна) ванни. Завантажену виробами ванну заливають розчинником або миючою водою. При достатній потужності цих коливань деталі очищуються.
Тривалість ультразвукової очистки залежить від характеру забруднень, потужності і частоти коливань, температури оточуючого середовища і низки інших факторів. У більшості випадків процес триває 10 ... 15 секунд і до декількох хвилин.
Рис.8. Схема ультразвукової очистки :
1 – ванна; 2 – очисний розчин; 3 – концентратор; 4 – сердечник;
5 – обмотка магнітостриктора.
Інші застосування ультразвуку
Специфічний характер і висока інтенсивність енергії дії ультразвукової хвилі відкривають можливості успішного застосування ультразвуку для модифікації структури і фізикомеханічних властивостей матеріалів.
Низка теоретичних і експериментальних досліджень у галузі ультразвукової техніки і технології описана в літературі, список якої додається.
3. Завдання і практичні вказівки з виконання роботи
3.1. Ознайомитися з елементами конструкції та технологією виготовлення магніто-стрикційного перетворювача та концентратора.
3.2. Визначити вплив розмірів двостержневого магнітострикційного перетворювача з пермендюра марки К 49 Ф2 на робочу потужність 400 Вт за заданої резонансної частоти fР перетворювача.
За формулою (1) визначити площу переріза пакета S.
Виходячи з потужності перетворювача вибрати ширину вікна c.
Ширину пластини H визначити з формули (2) і заокруглити одержане значення.
Ширину a кожного стержня визначити з формули (3).
Розмір накладки b визначити з формули (4).
Висоту вікна h визначити з формули (5). Для цього попередньо визначити значення коефіцієнта (.
Визначити загальну довжину пакета осердя магнітостриктора.
3.3. Сконструювати ступінчастий концентратор зі сталі 45 для заданої резонансної частоти перетворювача fР, коефіцієнта підсилення амплітуди К і діаметра вихідного торця D2.
Із виразу (11), враховуючи (9), визначити діаметр вхідного торця концентратора D1.
Резонансну довжину lP концентратора знайти за даними таблиці.
Масу концентратора М – за формулою (12).
Довжину першого ступеня концентратора ly визначити за формулою (13).
Місце переходу діаметрів ступенів необхідно виконати закругленим радіусом і зміцнити обкатуванням.
3.4. Ознайомитися з конструкцією ультразвукового генератора, особливостями його налагодження і експлуатації.
3.5. Засвоїти суть технологічних процесів ультразвукового різання, паяння, очистки та інших застосувань у науці і техніці.
4. Зміст звіту
Назва та мета роботи.
Короткі відомості про ультразвук та його одержання.
Завдання для розрахунку магнітострикційного перетворювача і концентратора.
Рисунки конструкцій перетворювача і концентратора.
Результати розрахунків.
Короткий опис конструкції ультразвукового генератора.
Принципові схема технологічних процесів ультразвукового різання, паяння та очистки.
Висновки.
Контрольні запитання
Що таке ультразвук?
Які існують методи одержання ультразвуку?
У чому полягає принцип ультразвукового різання, паяння?
Як відбувається ультразвукова очистка деталей?
Призначення і типи магнітострикційних перетворювачів.
Типи концентраторів та матеріали для їх виготовлення.
Технічні характеристики ультразвукового генератора.
Особливості ультразвукової очистки деталей. Кавітація.
Укажіть основні чинники, які визначають високу ефективність роботи коливної системи.
Література.
Ультразвуковые колебания и их влияние на механические характеристики конструктивных материалов : сб. научн. тр./ Под ред. В.А.Кузьменко. Киев; Наукова думка, 1986. – 208 с.
Волосатов В.А. Ультразвуковая обработка. – Лениздат; 1973. – 248 с.
Бирюков Б.Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. – М. : Машиностроение, 1981. – 128 с.
Байцар Р.И., Троць Т.Я. Модификация свойств стеклоцемента при воздействии ультразвука// Взаимодействие излучения с твердим телом. Матер. III Междунар. конф. Минск (Беларусь), 1999. – с. 19 – 20.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора