Сутність і техніко-економічна оцінка ультразвукової обробки
Зміст
Введення
1. Ультразвукова обробка поверхонь
1.1 Ультразвукова розмірна обробка матеріалів
1.2 Фінішна обробка поверхонь із застосуванням ультразвуку
1.3 Гравірування з використанням ультразвуку
1.4 Ультразвукова упрочняюще-чистова обробка
1.5 Ультразвукове очищення поверхонь
Література
Введення
Вчення про звук - акустика - одна з найдавніших галузей фізики. Діапазон частот, випромінюваних сучасної акустикою, досить великий - від 1 до 1013 Гц.
Якщо відволіктися від наших індивідуальних і вікових особливостей, то в середньому можна вважати, що вухо людини здатне сприймати звук хвилі в інтервалі частот від 20 до 20 000 Гц.
Звукові хвилі, частоти яких знаходяться поза цими межами, ми не чуємо, так як вони не викликають у нас слухових відчуттів.
Звукові хвилі з частотою від 20 000 до 10 9 Гц були названі ультразвуком.
При певних умовах поширення ультразвукових коливань у рідкому середовищі відбуваються чергуються стиснення і розтягування з частотою проходять коливань. В момент розтягування в краплинної рідини утворюються порожнини, заповнені газом, парою або їх сумішшю (так звані кавітаційні бульбашки). У момент стиснення бульбашки захлопуються, в результаті чого виникають ударні хвилі з великою амплітудою тиску.
Ці особливості ультразвукових коливань і зумовили їх широке практичне застосування в самих різних областях науки, медицини, промисловості.
Ультразвук використовують для інтенсифікації багатьох технологічних процесів:
- в харчовій промисловості для стерилізації молока, старіння вин; прискорення процесу дифузії при посол оселедця; в процесі емульгування речовин при виробництві таких продуктів, як маргарин, майонез, плавлені сири, приправи; в процесі сушіння, здійснюваному при низьких температурах, що сприяє збереженню харчової цінності висушуваного продукту; для мийки фруктів, відмивання частинок крохмалю з картоплі перед смаженням, сушінням; для видалення надлишку винного каменю в процесі виробництва виноградного соку, що робить його кристально прозорим і т.д.;
- у виробництві косметичних і фармацевтичних виробів, що представляють собою емульсії;
- в металургії для дегазації розплавів, сплавлення несмешивающихся металів, подрібнення зерен при кристалізації для старіння металів;
Широко застосовується ультразвукова точкова, стикова, шовна зварювання металів, пластмас, термопластичних тканин: ультразвукова зварка міцніше теплової та вимагає набагато менших витрат енергії.
Ультразвукові коливання застосовуються для прискорення процесу полімеризації при виготовленні штучного каучуку, прискорення розчинення твердих речовин в рідині. Так, наприклад, тривалість розчинення віскози в процесі виготовлення хімічних волокон при застосуванні ультразвуку скорочується з 7 до 3 годин.
Ультразвукове дослідження є основою поширеного неруйнівного контролю - дефектоскопії. Ультразвук дозволяє металургам заглянути в глиб металу, а медикам всередину людського організму і тіла тварин, при цьому інформативність досліджень виявляється істотно вище, ніж при використанні рентгена, а саме ж ультразвукове дослідження (УЗД) абсолютно безпечно.
В біології допомогою ультразвуку виробляється вплив на бактерії і віруси, на насіння рослин.
При посередництві ультразвук працюють численні контрольні і вимірювальні прилади.
Ультразвук є незамінним засобом підводної сигналізації, зв'язку між судами, засобом ехолокації і навігації, тому застосування електромагнітних хвиль, внаслідок електропровідності води, в даній області виключено.
Особливе значення має ультразвукова обробка поверхонь матеріалів, способи якої розглянемо далі.
1. Ультразвукова обробка поверхонь
Забезпечення високих темпів розвитку промислового комплексу Республіки Білорусь пов'язано з підвищенням технічного рівня виробництва, його механізацією і автоматизацією, подальшим вдосконаленням існуючих та впровадженням якісно нових, високоефективних технологічних процесів і обладнання.
Одним з напрямків істотного підвищення продуктивності та якості механічної обробки матеріалів є використання енергії ультразвуку, в Зокрема, його інтенсифікує впливу в процесах поверхневої обробки матеріалів.
Акустичним інструментом для ультразвукової обробки є концентратор, жорстко пов'язаний з власне інструментом, розташованим на кінці концентратора. Концентратор ультразвуку являє собою пристрій для збільшення амплітуди коливального зсуву частинок середовища, тобто інтенсивності ультразвуку. Застосовують два типи концентраторів: фокусирующие - високочастотні і стрижневі - низькочастотні.
1.1 Ультразвукова розмірна обробка матеріалів
Ультразвукова розмірна обробка є ефективним способом формоутворення поверхонь, особливо складної форми, на деталях з твердих крихких матеріалів, обробка яких іншими методами утруднена.
Найбільш широке застосування ультразвукова розмірна обробка отримала для обробки штучних і природних каменів, ювелірних і технічних алмазів. Широко вона застосовується при виготовленні деталей зі скла, кварцу, флюориту, фериту і інших металокерамічних матеріалів.
всезростаючої застосування даних матеріалів в електронній та приладобудівної промисловості, а також різних галузях машинобудування ініціювало швидке розвиток ультразвукової розмірної обробки, створення і впровадження в виробництво ультразвукових верстатів, розробку фізичних і технологічних основ цього процесу.
Схема методу ультразвукової розмірної обробки наведена на рис.1. Інструменту, який є частиною акустичної коливальної системи, повідомляються ультразвукові коливання з частотою 18-44 кГц і амплітудою 10-60 мкм. Як правило, використовуються подовжні коливання, але можливе застосування поперечних або крутильних. До складу коливальної системи входить ультразвуковий перетворювач і стрижневий концентратор з коефіцієнтом підсилення по амплітуді 5-20. Торець інструменту притискається до поверхні оброблюваної заготовки з постійною силою 20-200 Н при тиску притиску 10 5 -10 6 Па.
В робочу зону, тобто в простір між коливним торцем інструмента і заготівлею, подається суспензія, що складається з зважених у воді зерен абразиву.
Матеріал абразиву, його концентрація в суспензії безпосередньо впливають на показники ультразвукової розмірної обробки. В процесі обробки абразивні зерна виконують функцію різального інструменту, тому по твердості вони не повинні поступатися оброблюваного матеріалу.
Найбільш широко при ультразвуковій обробці застосовують карбід бору; при виготовленні виробів зі скла, германію, кремнію використовується карбід кремнію, електрокорунд.
В Як рідини, несучої абразив, як правило, використовують воду, яка володіє малою в'язкістю, задовільною смачиваемостью і хорошими охолоджуючими властивостями. Застосування добавок дозволяє істотно підвищити продуктивність процесу. Так, додавання в суспензію 15%-ного водного розчину сірчанокислої міді збільшує продуктивність ультразвукової обробки твердих сплавів в 1,7-2,5 рази.
В основі ультразвукової розмірної обробки (рис. 2) лежать два процеси:
Гј Ударне впровадження абразивних зерен, що приводить до виколювання частинок оброблюваного матеріалу;
Гј Циркуляція суспензії в робочій зоні, за рахунок якої здійснюється винос виколотих частинок і доставка свіжих абразивних зерен.
В момент удару торця інструменту по найбільш виступаючим абразивним зернам їх вершини втовкмачували в поверхневі шари деталі, утворюючи мережу мікротріщин, зароджуються в найбільш слабких і перенапруже...
