(495)510-98-15
Меню
Главная »  Методы обработки материалов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 [ 178 ] 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240

Глава 7

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА

Ультразвуковая обработка (УЗО) охватывает большую группу технологических процессов и операций различного назначения, осуществляемых различными методами (химическими, механическими и др.) и выполняемых при обязательном воздействии на обрабатываемую заготовку, обрабатывающий инструмент или среду, в которой ведется обработка, механических колебаний ультразвуковой частоты (свыше 16 кГц). Характер этого воздействия различен для различных технологических процессов. В одних - ультразвуковые колебания (УЗК) передают в рабочую зону энергию, необходимую для выполнения тех нологических операций непосредственно, например при ультразвуковой абразивной обработке (УЗАО) твердых хрупких материалов. В других - УЗК используют как средство интенсификации технологических операций, выполняемых традиционными методами, например механической обработкой резанием. И тогда УЗК являются дополнительным источником энергии.

К преимуществам УЗО относят: возможность преобразования электрической энергии в акустическую при небольших затратах; сравнительно простые способы введения УЗК в рабочую зону; относительно несложное и во многих случаях традиционное конструктивное решение средств механизации и автоматизации операций и др.

Недостатками УЗО являются необходимость применения специальных генераторов тока, которые занимают определенную производственную площадь и требуют ухода специально подготовленным персоналом, а также более высокая стоимость акустической энергии по сравнению с другими ее видами.

7.1. СУЩНОСТЬ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ

Сущность процессов. Физическая сущность всех разновидностей УЗО основана на применении УЗК, представляющих собой упругие волны, распространяющиеся в га-



зах, жидкостях и твердых телах. Гармоническое волновое движение (рис. 7.1), имеющее место при УЗК, характеризуется длиной волны X и амплитудой колебаний Ак, Значение К зависит от скорости распространения звуковых волн с в технологической среде и частоты колебаний / или периода колебаний Т: k - c/f = сТ.

Согласно ГОСТ 13952-83 и ГОСТ 16165-80 диапазон частот УЗК, применяемых в технологических целях, определен полосами: 16,65-19,35; 20,35-23,65; 39,6-48,4 и 59,4-72,6 кГц и др.

При возбуждении про- А 11 дольных волн частицы ,* Л/2

лярном к направлению рас- рис. 7.1. Схема незатухающих гар-

никают поперечные (сдвиговые) волны. Комбинациями этих двух типов волн являются крутильные, изгибные и поверхностные волны (распространяются на границе твердого полупространства с вакуумом, жидкостью, газом и другим полупространством).

В жидкостях и газах возникают только продольные волны. Скорость распространения звуковых волн с в жидкостях определяют по формуле

где В - сжимаемость среды, Па 1 (для воды В = 4,47 X X Ю-11).

В твердых телах, обладающих упругостью, могут возникать сдвиговые волны. Они имеют место, как правило, при неограниченных размерах твердого тела, когда К меньше его размеров в поперечном сечении. Скорость распространения этих волн сп составляет примерно 0,63 скорости продольных (св).

В табл. 7.1 даны выражения для определения скорости распространения основных типов волн в твердых телах с ограниченными размерами, когда К значительно больше поперечного сечения d твердого тела (d/X < 0,3). Твердые тела неограниченных размеров (А < d) при УЗО практически применяют очень редко.

среды колеблются в направлении распространения волны. При смещении частиц среды в направлении, перпендику-


Т

пространения волны, воз-

монических колебаний



7.1. Скорость распространения звуковых волн в твердых телах [33]

Тип волн

Выражения для определения значения с

Форма те.п

Продольные

Стержни

Изгибные

ги = Vnrf \fE/p

Стержни радиу сом г

У Е

ca-V*hf у зр(1 )

Пластины толщиной h

Крутильные

-в/0. Е Ск ~ V р °-2(1 +ц)

Стержни малого сечеиия

Примечание. Значения р, Е, G, (X для некоторых материалов см. в табл. 7.2.

7.2. Упругие константы твердых материалов и значения с при t = 20 °С

Материал

7 о

о Е

Tt а. а

о

о

Т га оС

о

О

о

Алюминий

0,71

0,26

0,34

5,08

6,26

3,08.

Титан (ВТ1)

1,16

5,07

Сталь

2,04

0,855

0,28

5,05

2,05

0,785

0,31

4,78

5,63

2,96

1,25

0,464

0,35

3,71

2,26

0,57

0,238

0,23

4,88

5,34

3,42

В табл. 7.2 приведены упругие константы некоторых твердых материалов; здесь же даны значения скорости распространения звуковых волн: продольных св (при %>d), продольных Cm (при X<d) и поперечных са (при % < d).

Наиболее широко используемые при УЗО продольные звуковые волны распространяются в твердых телах с большей скоростью, чем в жидкостях и газах, в которых происходит значительное поглощение энергии звуковых волн. В жидкостях и твердых телах они распространяются на большие расстояния без существенного ослабления интенсивности, которая может достигать 80-100 Вт/см2.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 [ 178 ] 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.