Техника - молодёжи 1956-06, страница 13

удивительное явление проникло ^^ уже в очень многие области техники. Ультразвуком обнаруживают мельчайшие дефекты в изделиях, увеличивают всхожесть семян, обрабатывают кожи, определяют качество бетона, убивают вредные бактерии и даже стирают белье. Но неслышимый звук находит все новые применения, и теперь открывается возможность использовать его в такой важной области, как механическая обработка металлов. Да только ли одних металлов!

К новым методам обработки твердых и хрупких материалов присоедини\ся многообещающий ультразвуковой. В противоположность другим новым способам поверхность обрабатываемой детали не разрушается электрическим путем и не вытравливается электрохимическим. При помощи ультразвука можно не только резать, но и делать отверстия самой сложной формы в таких сверхпрочных материалах, как кварц, германий, фарфор, закаленные стали, стекло и даже алмаз.

Что же такое ультразвук?

Ультразвуковые колебания являются упругими колебаниями материальной среды, частота которых лежит выше предела слышимых звуков, то-есть выше 16 тыс. гц. Имеется несколько методов получения ультразвука. Выбор метода зависит от требуемой мощности, требуемого диапазона частот и от того, в какую среду происходит излучение ультразвука.

Для промышленных целей наиболее употребительными следует считать преобразователи, основанные на явлении маг-нитострикции. Магнитострикционным эффектом называется способность некоторых металлов и сплавов изменять свои геометрические размеры в магнитном поле. Если пакет из тонких пластинок или трубку, изготовленные из материала, обладающего магнитострикционным эффектом, например никеля или пермендюра, поместить в катушку и пропустить через эту катушку ток, то пакет или трубка будут менять свои геометрические размеры с частотой переменного тока. Г [ри этом в окружающую среду будут излучаться упругие волны ультразвуковой частоты.

Пои введении интенсивных ультразвуковых колебаний в жидкость в последней возникает кавитация. В настоящее яремя еще нет удовлетворительной общей теории жидкого состояния и многие вопросы, связанные с кавитацией, не выяснены. Одним из возможных объяснений кавитации является следующее: при достаточно высокой интенсивности упругих колебаний и, следовательно, достаточно большой амплитуде давления в полупериод разрежения происходит разрыв жидкости на отдельные полости (пузырьки), заполненные парами данной жидкости с растворенными в ней газами. В другой полупериод, в момент сжатия, полости захлопываются. Возникающие при этом кратковременные гидравлические удары создают в окружающей среде давления в несколько десятков

Слева изображена рабочая головка ультразвукового аппарата. В катушке возбуждения (средней) помещен лаг-иитострикционкый вибратор. В него снизу ввинчен конический концентратор энергии, который является рабочим инструментом. Он прошивает отверстие в обрабатываемой детали. Боковые катушки, создающие постоянное магнитное поле, надеты на сердечники из трансформаторного железа.

Справа показаны инструменты различных конфигураций и образцы материалов с проделанными отверстиями.

Снизу: 1. Работа с сухим абразивом не дает результата. 2. Работа с водой без абразива малоэффективна. 3. Суспензия абразива в воде обеспечивает быструю обработку.

РЕЗЕЦ, ФРЕЗЯ, СВЕРЛО, ЯБРДЗИВЫ ДОЛЖНЫ ПОТЕСНИТЬСЯ:

В ЦЕХ ПРИШЛИ

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ

СТАНКИ

И. ВАЙНШТОК, инженер Рис. Н. СМОЛЬЯНИНОВА

и даже сотен атмосфер. О силе кавитации можно судить по разрушениям поверхности гребных винтов кораблей.

Разрушительная сила кавитации используется почти во всех промышленных применениях ультразвука.

Твердые и хрупкие материалы, например стекло, рубин, алмаз, керамика, карбид вольфрама, очень трудно обрабатываются существующими механическими методами.

В 1953—1954 годах в лаборатории физических методов исследования ВНИИ железобетона была создана ультразвуковая установка, позволяющая резать твердые материалы и проделывать в них отверстия.

При ультразвуковой обработке используется режущее действие абразива на обрабатываемый материал. Кавитационные процессы, возникающие в увлажненном абразиве, значительно ускоряют обработку материалов.

В ультразвуковой установке два основных элемента: рабочая головка и мощный электрический генератор. Рабочая головка состоит из магнитострикционного преобразователя и прикрепленного к одной из поверхностей преобразователя длинного металлического конуса, являющегося концентратором энергии. Конец металлического конуса выполняется в форме инструмента нужного профиля.

Магнитострикционный преобразователь предназначен для преобразования электромагнитных колебаний генератора в упругие механические волны, а конический концентратор, прочно скрепленный с поверхностью преобразователя, распределяет сильные вибрации излучателя на небольшом участке, что позволяет при малых затратах энергии добиться такой амплитуды колебаний, которая необходима для разрушения материала.

Представим себе, что нам потребовалось проделать отверстие в камне вручную, при помощи мягкого металлического стержня. Единственным средством для этого было бы использовать вещество более твердое, чем камень, подсыпать в этом месте такое вещество-абразив под вращающийся металлический стержень. Медь под действием абразива изнашивается мало, его острые кусочки врезаются в вязкий конец стержня, образуя как бы многорезцовое сверло. Абразив, будучи тверже камня, стал бы протирать его, сдирая мелкие песчинки. При постоянной подаче абразива и нужной скорости движения, имея достаточно терпения, можно сделать отверстие в камне, стекле, фарфоре и других твердых материалах.

В ультразвуковой установке инструмент соответствует такому медному стержню. Если предположить, что для проделывания отверстия в камне вручную нам потребовалось бы сделать один миллион движений металлическим стержнем, затрачивая на одно движение 1 сек., то на обработку отверстия было бы затрачено около 280 час. На ультразвуковом станке один миллион движений совершается в течение одной минуты при частоте колебаний инструмента 20 тыс. в секунду. А так как абразив, который покрывает обрабатываемый материал, увлажнен водой, то в последней возникает кавитация, вызываю-

Как ни старайтесь, олово с помощью обычного паяльника не проникнет сквозь оксидную пленку, не получит сцепления с алюминием. Но вот к месту спая приближается ультразвуковой паяльник. В капле расплавленного олова колебания неслышимых звуков распространяются во все стороны и срывают с алюминия оксидную пленку. Ультразвук победил. Олово прочно связалось с алюминием. Получился прочный спай.

9