Конструкция ультразвуковых установок

Установки для ультразвуковой обработки состоят из следующих конструктивных частей (рис. 7.2): генератор высокой частоты 1, который предназначен для создания электрических колебаний высокой частоты; преобразователь 4 электрической энергии генератора в механическую энергию ультразвуковых волн; держатель обрабатываемой детали или рабочая ванна, в которой происходят процессы ультразвуковой обработки 9.

Для получения ультразвуковых колебаний обычно применяют магнитострикционные преобразователи. Действие магнитострикционных преобразователей основано на том, что некоторые ферромагнитные металлы и сплавы (например, никель, железоникелевые сплавы К49, К65), ферриты, сплавы железа с алюминием при намагничивании и последующем Размагничивании изменяют свои геометрические размеры, поочередно то укорачиваются, то удлиняются в направлении силовых линий магнитного поля, т.еИ совершают механические колебания. I

Магнитострикционный преобразователь состоит из активного 4 и пассивного 7 элементов, излучателя 5.

Активный элемент представляет собой замкнутый магнитопровод из ферромагнитного материала, который вставляется в высокочастотную катушку 5. По виткам катушки пропускается переменный ток (с частотой 20 — 40 кГц) от электрического генератора высокой частоты, который периодически намагничивает и размагничивает магнитопровод и заставляет его изменять свои размеры в такт с частотой тока. Таким образом, в активном элементе происходит преобразование электрических колебаний в механические и возникает знакопеременная механическая сила, способная передавать колебания окружающей среде.

Пассивный согласующий элемент (концентратор) служит для согласования сопротивления внешней нагрузки и внутреннего сопротивления активного элемента и обеспечивает тем самым оптимальное увеличение амплитуды активного элемента преобразователя. Это обусловливается тем, что амплитуда колебаний максимальна только на резонансной частоте, т.е. при совпадении частоты колебаний переменного тока с собственной частотой механических колебаний преобразователя.

Излучатель представляет собой мембрану или диафрагму с сильно развитой излучательной способностью, которая передает ультразвуковые колебания в окружающую среду.

Для получения большой амплитуды колебаний магнитостриктор помещают в постоянное магнитное поле (вводится постоянное подмагничивание) с помощью электромагнитов 3 и 6, питаемых от источника постоянного тока 2.

В настоящее время применяются три типа магнитострикционных излучателей: стержневые, плоские пакетные и кольцевые.

Пьезоэлектрические преобразователи используются обычно в диапазоне ультразвуковых частот 3 — 6 МГц. В качестве пьезоэлектрических материалов используются естественные пьезоэлектрики (кварц, сегнетова соль) и искусственные или пьезокерамика (титанаты бария и кальция, цирконаты титаната свинца [Pb (ZnTi) Оз].

Принцип работы пьезоэлектрических излучателей заключается в использовании пьезоэлектрического эффекта некоторых материалов. Различают прямой и обратный пьезоэлектрический эффект.

Прямой пьезоэлектрический эффект заключается в возникновении электрического заряда в кристаллах при воздействии на них механических усилий.

На практике применяют четыре способа ультразвуковой очистки деталей: погружение деталей в ультразвуковые ванны; контактный; введение ультразвукового излучателя в полость очистки; непрерывно-последовательный.

Рабочий узел ультразвуковой установки при методе погружения — ванна с обезжиривающим раствором — может изготовляться в двух вариантах: 1) дном рабочей ванны с обезжиривающим раствором служит диафрагма (мембрана) преобразователя, к которой привариваются стенки ванны; разновидностью этой конструкции является ванна, в дно которой вмонтирован стержень преобразователя; 2) рабочая ванна с раствором, изготовленная из химически стойкого материала, вставляется в другую ванну, заполненную водой, дном которой является мембрана преобразователя. Вода служит передатчиком колебаний от преобразователя к рабочей ванне.

Очистку деталей введением излучателя в зону обработки применяют при наличии в них глубоких глухих отверстий, полостей и канавок. Очистка производится специальными профилированными излучателями — волноводами, которые дают пучок сконцентрированной ультразвуковой энергии, направленной непосредственно на очищаемую поверхность (например, очищаемое отверстие).