Техника - молодёжи 1972-10, страница 20
«В области физики и техники ультразвука установлен эффект влияния ультразвука на движение жидкостей в капиллярах, повышающий их скорость в 40—50 раз. Эффект относится ко всем капиллярам живой и неживой природы и ко всем органическим и неорганическим жидким средам, используется при пропитке и экстрагировании веществ (Физико-технический институт АН БССР)». Эти слова взяты из отчета Академии наук СССР, от носящегося к 1967 году. В феврале нынешнего года Государственный комитет по делам изобретений и открытий официально зарегистрировал этот эффект в качестве открытия. Диплом № 110 был выдан известному белорусскому ученому, автору более 300 научных трудов и около 100 изобретений, академику АН БССР Е. КОНОВАЛОВУ. Наш корреспондент встретился с ученым и взял у него интервью, предлагаемое вниманию читателей. К ЧЕМУ ПРИВЕЛА § «ЛИХОРАДКА» РЕЗЦА БелорусскдяССР Рассказывает академик АН БССР Е. КОНОВАЛОВ — Евмений Григорьевич, один из журналистов писал, что вы сделали свое открытие «на кончике резца»... — Ну что ж, мне лично это образное сравнение нравится. Ведь я специализируюсь в области обработки металлов и, честно говоря, на ультразвуковой капиллярный эффект наткнулся совершенно случайно. А началось все с сугубо частного вопроса. Мы исследовали механизм действия смазочно-охлаждающей жидкости при резании металла. Дело в том, что если такой жидкостью поливать резец, то резко повышается чистота обработанной поверхности, а стойкбсть инструмента увеличивается до 1,5 раза. Высокоскоростная съемка процесса резания показала, что эмульсия просачивается в подрезцовое пространство. Но как — вот в чем загвоздка. При обработке между резцом и деталью возникает давление примерно в 20—22 тыс. атм. А жидкость проникает туда зачастую самотеком, то есть под давлением, близким к атмосферному. Что же гонит ее в столь противоестественном направлении? Есть над чем поломать голову. Надо сказать, эта проблема интересовала не только нас. Например, американский ученый М. Мерчент выдвинул очевидную на первый взгляд гипотезу: так как при обработке в металле возникают микротрещины, то они, будучи капиллярами, сами засасывают смазочно-охлаждающую жидкость. Мы проверили эту гипотезу, и она оказалась несостоятельной. Во-первых, скорость поднятия эмульсий по капиллярным каналам недостаточна, чтобы при резании она успевала попа-s дать в подрезцовую зону. А во- вторых, капиллярный эффект здесь вообще ни при чем! Действительно, при нагревании жидкости до некоторой критической температуры никакого подъема по капиллярам не происходит. А современное резание ведется при температурах, как правило, превышающих значение критической. Даже при сравнительно малых скоростях температура в зоне резания равна в среднем 200—300° С, а при больших скоростях она порядка 1000° С. Мы проводили новые и новые исследования. Однажды, чтобы наблюдать, как идет процесс резания, к державке инструмента прикрепили пьезодатчик. Включили станок — и вот тут-то выяснилось нечто необычное. Оказывается, резец, снимая стружку, «трясется как в лихорадке». Только частота колебаний (до 22 тыс. в сек.) лежит в ультразвуковой области — выше порога слышимости, их амплитуда очень мала (несколько микрон) и совершенно незаметна для глаз. Мы повторили этот эксперимент с самыми различными резцами — амплитуда в зависимости от размеров инструмента то возрастала, то падала, а частота оставалась почти без изменений. Уж не эти ли колебания «загоняют» эмульсию под резец через капиллярные трещины в металле? Еще в 1927 году американские ученые Р. Вуд и А. Ламис провели любопытный опыт. Они пропустили снизу вверх через воду, налитую в баночку, мощный ультразвуковой пучок — и над поверхностью поднялся водяной фонтан. А причина тому явлению — радиационное давление, которое образуется на границе двух сред с разной плотностью (вода — воздух). Так, может, и в нашем случае все сводится к радиационному давлению? Увы, и это предположение не подтвердилось. Скорость подъема смазочно-охлаж-дающей жидкости, рассчитанная для данных условий по формуле Вуда, была в 40—50 раз меньше требуемой. Выходит, перед нами качественно новое явление... Не скрою, мы сильно волновались, когда приступили к решающему эксперименту. В дно чашечки вмонтировали магнитострикционный излучатель. Затем заполнили чашечку водой. Опустили в нее трубку с внутренним диаметром около миллиметра. Как и положено, вода под действием капиллярных сил поднялась в трубочке на некоторую предсказанную классической физикой высоту. А потом включили излучатель. И тогда вода сделала стремительный рывок — за считанные секунды подскочила еще на десятки сантиметров! Как сейчас помню время лихорадочных поисков. На радостях мы ставили самые необычные, «дикие» опыты. Но, конечно, главное внимание уделяли планомерным исследованиям. Получили зависимость скорости подъема жидкости от диаметра капилляра (от сотых долей миллиметра до 2 мм). Она имеет максимум для диаметров в 0,6— 0,7 мм, где скорость равна 12— 13 см/сек. Этот результат очень пригодился позже, при составлении практических приложений и рекомендаций. Однако же какие силы толкают жидкость в капилляре на «недозволенную» физикой высоту? В одном из опытов мы подкрасили воду. И что же? В трубочке четко обозначились узлы и разрежения стоя 18 |
