Меню

§ 5.7 Ультразвуковая обработка материало

Содержание

Может ли звук оказывать физическое воздействие?

Ультразвуком называются упругие механические колебания, частота которых колеблется в интервале от 20 000 до 1 000 000 000 Гц (колебаний в секунду). Приставка «ультра» означает «сверх», т. е. это колебания сверх предела слышимости. Эти колебания не воспринимаются человеческим ухом, но некоторые животные, например собаки, дельфины, летучие мыши, улавливают ультразвуки.

Ультразвуки оказывают физическое воздействие на материальные объекты, поэтому они применяются в технологиях обработки материалов, в дефектоскопии, в биологии и медицине, в научных исследованиях, в эхолокации и даже в устройствах для ориентации слепых людей в пространстве.

Ультразвуковая обработка материалов является достаточно универсальной технологией. С её помощью можно резать, сверлить, шлифовать и полировать любые материалы (рис. 5.8).

С помощью ультразвуковых установок можно приготовить достаточно однородные смеси из не соединяющихся друг с другом веществ, например эмульсию из масла и воды. Эта технология позволяет обрабатывать любые материалы: металлы и неметаллы; очень твёрдые и мягкие; хрупкие и пластичные.

Технология ультразвуковой обработки представляет собой разновидность механической обработки материалов. Обработка осуществляется с помощью очень мелких абразивных частичек, похожих на песчинки. Их смешивают с водой или другой жидкостью и подают в зону обработки между инструментом и обрабатываемой заготовкой. Эту смесь называют суспензией.

Материал обрабатываемой детали разрушается абразивными зёрнами под ударами сердечника, колеблющегося с ультразвуковой частотой. Источником энергии для вибрации сердечника служат ультразвуковые генераторы электрического тока с частотой 20—40 кГц. Инструмент получает вибрацию от ультразвукового преобразователя переменного тока этой частоты в ультразвуковые колебания.

Преобразователь представляет собой катушку с сердечником. Под действием переменного тока в катушке возникает переменное магнитное поле. Сердечник сделан из материала, обладающего особыми магнитными свойствами, называемыми магнитострикцией. Материалы с такими свойствами при намагничивании изменяют свой объём и линейные размеры. Это, в частности, никель, феррит — твёрдый раствор углерода в железе, альфер — сплав железа и алюминия. Сердечник преобразователя из таких материалов под действием переменного поля катушки начинает вибрировать с амплитудой 2—10 мкм.

Инструмент через жидкость заставляет вибрировать абразивные частички. В качестве абразивных материалов используют очень твёрдые вещества: карбид бора, карбид кремния и электрокорунд. Скорость движения частичек составляет несколько десятков метров в секунду. При такой скорости у них появляется очень большая энергия, и они могут разрезать материал любой твёрдости.

Формы и размеры инструмента определяются формами и размерами получаемых отверстий. В качестве материала инструмента применяют: твёрдые сплавы, закалённую инструментальную и коррозионно-стойкую сталь, латунь. Для обработки деталей из твёрдых и хрупких материалов применяют инструменты из вязких материалов, а для обработки деталей из мягких и вязких материалов — инструменты из твёрдых и износостойких материалов.

Зазор между торцом инструмента и обрабатываемой поверхностью должен быть очень маленьким и поддерживаемым постоянно, что обеспечивается автоматической регулировкой подачи инструмента. Абразивную суспензию в зону обработки подают под давлением по патрубку насосом.

Этим методом можно получать глухие и сквозные отверстия любой формы, в поперечном сечении, канавки, пазы. Ультразвуковые методы используются в технологических целях также для упрочения поверхностных слоёв деталей из металлов, очистки поверхностей деталей от загрязнений, сварки пластмасс, пайки алюминиевых проводов, сварки тонких проводов с проводящими плёнками микросхем.

Проверьте себя:

1. Какие механические колебания называются ультразвуком?

2. Что является источником ультразвука в ультразвуковых станках?

3. Что в ультразвуковых станках непосредственно воздействует на обрабатываемую деталь?

4*. Почему при ультразвуковом обследовании человека поверхность его кожи обязательно смачивают?

* Подумайте, почему ультразвуковая стиральная машинка, по форме и размерам похожая на компьютерную мышь, может выстирать целый таз грязного белья. При этом в доме будет абсолютно тихо.