Ультразвукові перетворювачі і концентратори

Коливальна система ультразвукової установки - джерело

ультразвукових коливань, акустичний трансформатор швидкості (концентратор) і деталі кріплення, що з'єднують окремі елементи конструкції.

Д ж е ре л а ул ь т р а з в ук о в и х к о л и в а н ь щ е н аз и в а ю т ь перетворювачами. Найбільше практичне застосування знайшли електричні (магнітострикційні і п'єзоелектричні) та механічні (аеродинамічні та гідродинамічні). До механічних джерел відносять ультразвукові сирени і свистки, принцип роботи яких

а) ‒ камерна; б) ‒ з висувним подом; в) ‒ шахтна;

г) ‒ ковпакова; д) ‒ з обертовим подом (елеваторна);

і) ‒ електропіч-ванна.

1 ‒ стенд; 2 ‒ камера печі; 3 ‒ жаротривкий муфель;

4 ‒ нагрівальні елементи; 5 ‒ виріб; б ‒ обертовий під;

7 ‒ підіймальний пристрій; 8 ‒ склепіння;

9‒механізм підіймання склепіння; 10 ‒ висувний під

Рисунок 2.7 ‒ Печі опору періодичної дії

 

оснований на перетворенні механічної енергії (наприклад, швидкості руху рідин або газів). Електричні джерела ультразвукових коливань перетворюють електричну енергію в механічні пружні коливання відповідної частоти.

П р и н ц и п д і ї м аг н і то с т р и к ці й н и х п е ре т в о р ю в а чів оснований, на поздовжньому магнітострикційному ефекті, який полягає в зміні довжини металічного тіла із феромагнітних матеріалів (без зміни їх об'єму) під дією магнітного поля. Магнітострикційний ефект у різних металів різний. Високу

 

 

Дегазація рідин або розплавів з допомогою ультразвукових

коливань відбувається внаслідок витіснення газових бульбашок, які

рухаючись, об'єднуються у бульбашки більших розмірів і спливають.

Диспергування - ефект протилежний коагуляції та полягає у подрібненні речовини і перемішуванні її з іншими. Метали й інші речовини можуть стати дисперсійними в рідинах або розплавах.

Ультразвукова розмірна обробка твердих і крихких матеріалів є різновидністю обробки довбанням. Зерна абразиву, одержавши прискорення від коливання торців інструмента, вибивають мікрочастинки з оброблюваного матеріалу. Кавітація прискорює процес переміщення частинок абразиву.

Гідродинамічні потоки рідини, що виникають у робочому проміжку, викликають постійний рух частинок абразиву і уламків матеріалу, що сприяє заміні роздрібного абразиву новим.

 

 

1 - ультразвуковий генератор; 2 ‒ ультразвуковий

перетворювач; 3 ‒ акустичний трансформатор швидкості; 4 - інструмент; 5 ‒ оброблювана деталь; 6 ‒ ванна.

Рисунок 4.13 - Схема ультразвукової розмірної

Обробки

 

Принципова схема.ультразвукової технологічної установки приведена на рис. 4.13. Енергія змінного струму ультразвукової частоти від генераторf 1, перетворюється ультразвуковим перетворювачем 2 в механічні коливання. Ця вібрація через концентратор (трансформатор швидкості звуку) і інструмент передається на оброблюваний виріб у вигляді ударів з частотою 20-40 тис. за секунду.

 

Шахтні печі будують на робочу температуру від 700 до

1250 0С. В печах з температурою до 1350 і 1600°С застосовують нагрівники із карбіду кремнію і дисилициду молібдену. Потужність шахтних печей 30-3200 кВт.

Ковпакові печі (рис. 2.7, г) складають із нерухомого футерованого стенда 1, на якому встановлюють вироби 5 і ковпака - муфеля 3, що може переміщуватись. Основна частина нагрівальних елементів встановлена в ковпаку, менша ‒ у стенді. Нагрівання, витримка і охолодження виробів може проводитись в атмосфері захисного газу або вакууму. При цьому вироби закривають жаротривким муфелем. Ковпакові печі в основному застосовують для випалювання дроту і металічних стрічок. Якщо потрібне тривале охолодження під муфелем, то одним ковпаком можна обслуговувати декілька стендів, переносячи ковпак краном.

Потужність ковпакових печей досягає 1500 кВт, завантажувальна місткість до 100т, а робоча температура - до 1200°С.

Печі з підйомним подом (рис. 2.7, д) ‒ це піч періодичної дії з відкритою знизу нерухомою камерою 2 і з рухомим подом 6. Це - циліндрична або прямокутна камера, що встановлена на колонах з висотою 3-4м над рівнем підлоги цеху.

Під печі піднімають і опускають гідравлічним або електромеханічним підйомником 7, що встановлюють під камерою нагрівання.

Низькотемпературні печі застосовують для відпалювання, емалювання, цементації, випалювання керамічних виробів, спікання і металізації деталей, високотемпературні ‒ для випа­лювання чавуну.

Печі з підйомним подом розраховані на місткість у десятки тон, на потужність 600-5000 кВт і температуру до1250°С.

Електропечі - ванни - широка група печей опору, їх застосовують в основному для плавлення алюмінію і його сплавів. Завантажувальна місткість цих електропечей від 500 кг до 7 т, потужність ‒ до 120 кВт. Для зливу металу піч нахиляють на підшипниках.

 

2.4.2 Печі неперервної дії (методичні)

Застосовують їх для масового поточного виробництва.

Характерною особливістю цих печей є переміщення виробів у процесі нагрівання від завантажувального отвору до розвантажувального.

 

 

у твердих тілах.,

 

 



E



Найбільше застосування методичні печі одержали для термічної

обробки чорних і кольорових металів. їх використо­вують також для нагрівання для подальшого штампування, кування, для термообробки скла і кераміки, сушіння і т.д.

У порівнянні з печами періодичної дії, методичні печі мають більшу продуктивність.

Конструкції печей неперервної дії різняться в основному механізмами переміщення виробів у робочому просторі печі. Схеми будови печей неперервної дії приведені на рис. 2.8-2.12.

Конвеєрна піч (рис. 2.8) - прямокутна камера; вироби всередині

печі переміщують на конвеєрній стрічці із жаротривкого матеріалу.

 

 

1‒ теплоізольований корпус; 2 ‒ завантажувальне вікно; 3 ‒

виріб; 4 ‒ нагрівальні елементи; 5 ‒ конвеєр

Рисунок 2.8 ‒ Схема конвеєрної електропечі

 

Конвеєрні печі застосовують для різних видів термічної обробки виробів із чорних і кольорових металів, для пайки мідними припоями, сушки і інших процесів, температура яких не перевищує 1000- 1100°С.

Для більш високих температур використовують штовхаючі печі (рис. 2.9 - прямокутна камера, на торцях якої є завантажувальний та розвантажувальний отвори. Вироби періодично проштовхують за направляючими або рамками поду печі з допомогою механізму -

штовхача, який розташований перед завантажувальними дверцятами.

 

 

де Е - модуль пружності, Паі b - стиснення середовища, 1 /Па.

У процесі розповсюдження в матеріальному середовищі звукова хвиля переносить відповідну енергію, яку можна використовувати в технологічних процесах..

Перевагами ультразвукової обробки є:

1) можливість одержання акустичної енергії різними технічними

засобами,

2) широта діапазону технологічного використання ультразвуку - від

розмірноїобробкидоодержаннянероз'ємних з'єднань(зварювання,пайкатощо.).

3) простотаексплуатації і автоматизаціїпромислових установок.

До недоліків цього методу відносять: підвищена вартість акустичної

енергії у порівнянні з іншими видами енергії, необхідність виготовлення спеціальних установок і апаратів для генерації ультразвукових коливань, їх передачі і розподілу.

Ультразвукові коливання супроводжують ряд ефектів, які можливо використати як базові, для розробок різних процесів.

Кавітація; що проявляється у процесі розповсюдження ультра звукових хвиль у рідині - це порушення суцільності рідини, яка виникає за тиску, що нижчий від деякого критичного значення. При цьому відбувається процес утворення порожнин і бульбашок в ультразвуковому полі під час фази розтягу, що має місце за змінного звукового тиску. Ці порожнини і бульбашки анігулюють (тріскають) під час фази стискання. В зоні тріскання кавітаційної бульбашки виникають місцеві миттєві тиски, які досягають значень 107-108Н/м2.

Поглинання ультразвукових коливань речовиною - це незворотній процес, у якому частина енергії перетворюється у теплову енергію, друга ж частина витрачається на зміну структури речовини. Поглинання виникає внаслідок взаємного тертя части­нок, яке залежить від властивостей речовини і пропорційне квадрату частоти.

Коагуляція полягає в утворенні із дрібно дисперсних частинок (диму, пороху, туману) значно більших частинок, Рух частинок за наявності між ними сил притягання приводить до співударів і у результаті до їх об'єднання і збільшення.

 

 

2) висока чистота оброблюваної поверхні - до VI2;

3) витрати електроабразиву - 50-100 % від ваги знятого

металу (для обробки механічними способами - до 500-600 %).

Джерело живлення - понижуючий трансформатор, блок випрямлячів і системи захисту від кз. Ці джерела відрізняють за потужністю, вольт амперною характеристикою, формою струму і напруги, можливістю регулювати напругу на електродах і захищати їх від кз.

Різновидністю ано дно -абрази вної обробки є електроалмазний спосіб шліфування.

 

 

1 ‒ штовхач з привідним механізмом; 2 ‒ вироби; 3 ‒

теплоізопьований корпус; 4 ‒ нагрівальні елементи;

5 ‒ направляючий стіл

Рисунок 2.9 ‒ Схема штовхаючої печі

 

Основними перевагами штовхальних печей є можливість термічної обробки виробів з великою масою, простота конструкції

Рисунок. 4.12 - Принципова схема установки для анодно-

Абразивної обробки

Ультразвукові установки

Ультразвуковий метод обробки відноситься до методу механічної

дії на матеріал. Ультразвуковим він називається тому, що частота

печі і надійність роботи штовхального механізму, що є за межами робочої камери.

Недоліки: непродуктивна витрата електроенергії на нагрівання транспортуючих пристроїв і, внаслідок чого, невисокий ККД(m =0.5-0.7).

ударів відповідає ді5апазону невідчутних на слух звуків, тобто частота

складає від 16 до 10 кГц.

Звукові хвилі - це механічні потужні коливання, які можуть розповсюджуватись тільки у пружному середовищі на від міну від електромагнітних коливань. Довжина звукової хвилі l = u/ƒ де u - швидкість розповсюдження хвилі; ƒ - частота хвилі: Швидкість

розповсюдження звукової хвилі залежить від густини середовища , в

якому рухається хвиля:



 

в рідинах і

 

 

 

 

1 ‒ обертовий під; 2 ‒ вироби; 3 ‒ завантажувальний отвір;

4 ‒ механізм обертання; 5 ‒ теплоізоляційний корпус

Рисунок 2.10 ‒ Схема карусельної печі

 

 

Карусельні печі (рис. 2.10) мають кільцевий обертовий під, на який через, завантажувальний отвір подають вироби. Переміщуючись разом з кільцевим подом, вироби нагріваються і, здійснивши майже повний оберт, їх вивантажують через

розвантажувальний отвір, що є поряд зі завантажувальним.

Перевагою карусельних печей є те, що вони не мають всередині жаротривких деталей і механізм обертання поду знаходиться п за піччю. Тому робоча температура печей цього типу практично обмежена граничною температурою матеріалу нагрівників.

Барабанні печі (рис. 2.11) містять всередині печі шнек ‒

жаротривкий барабан зі спіраллю 1 ‒ Архімеда.

приєднаний електрод-заготовка. Проміжок між електродами

заповнюють розчином електроліту.

Зовнішня сила, що прикладають до електрода-інструмента, викликає силу тертя. Таким чином для обробки деталі затрачається і механічна енергія, яка значно менша за електричну.

Анодно-абразивна обробка знімає виступи на заготовці. У впадинах матеріал зменшується менш інтенсивно. У процесі роботи зерна зношуються і проміжок знижується. Проходять пробої шару електроліту, які призводять до вигоряння в'яжучої речовини круга (графіту, бакеліту) і проміжок відновлюється.

 

1 - електрод-інструмент (абразивний круг); 2 - зерна абразиву; 3 - електрод-заготовка (деталь); 4 - анодна

плівка (продукт розчинення); 5 - розчин електроліт

1 ‒ жаротривкий барабан; 2 ‒ теплоізоляційний корпус;

З ‒ нагрівальні елементи; 4 ‒ бак для загартовування

Рисунок 2.11 ‒ Схема барабанної печі

 

За умови обертання барабана вироби перекочуються та поступово переміщуються від кільця завантаження до - розвантаження. Барабанні електропечі призначені для термічної обробки, загартування дрібних стальних виробів, що мають круглу, без гострих країв форму (ріжки, кульки, дрібні кільця тощо). Безпосередньо під камерою печі розміщений бак для загартовування - 4, в який подають з розвантажувального лотка нагріті вироби.

Протяжні печі (рис. 2.12) призначені для термічної обробки дроту, прутків, стрічок, тонкостінних труб із чорних і кольорових

 

 

Рисунок 4.11 - Схема міжелектродного проміжку для анодно

-абразивної обробки

 

Принципова схема установки для анодно-абразивної обробки показана на рис. 4.12. У процесі шліфування оброблювана деталь 2 з'єднана з додатнім полюсом джерела постійного струму, а абразивний круг 1 - з струмопровідним наповнювачем - з від'ємним полюсом.

Важливою умовою проведення процесу обробки з високою продуктивністю і за порівняно малої енергомісткості є правильний вибір електролітів 3. В основному це водні розчини нейтральних солей, найчастіше хлористого натрію.

Особливості анодно-абразивної обробки:

1) порівняно невисока продуктивність обробки (10 -20 мм3/

мкс);

 

2) відсутність загусениць, тріщин та інших дефектів, що металів. Така піч - муфель з нагрівниками, в якому переміщення

виникають при звичайному шліфуванні. виробів здійснюють протяганням від спеціальних протяжних або

Електроліти, які використовують для анодно-механічного намотувальних пристроїв, що є перед завантажувальним і

шліфування - це розчини солей (NaCI, NaF, KNO3 та інш.). розвантажувальним отворами печі.

 

 

1-заготовка (анод); 2-кожух (катод); 3 ‒ електронейтральний

інструмент; 4-електроліт

Рисунок4.10 - Схема чистового анодно-механічного

Шліфування