Ультразвуковая обработка

Ультразвуковая обработка

Ультразвук - упругие колебания и волны, частота которых превышает 15 – 20 кГц. Принято считать диапозон частот УЗ от 20 000 до 10 9 Гц, в жидкостях и твердых телах граничная частота достигает 10 12 – 10 13 Гц.

Ультразвуковая обработка это воздействие ультразвука (обычно с частотой 15—50 кгц) на вещества в технологических процессах. Для ультразвуковой обработки применяют технологические аппараты с электроакустическими излучателями либо аппараты в виде свистков и сирен. Основной элемент излучателя является электроакустический преобразователь (магнитострикционный или пьезоэлектрический)

Ультразвуковая обработка бывает двух видов:

• свободнонаправленным абразивом

Источник энергии удален от заготовки и обработка происходит за счет кинетической энергии абразивных зерен (частота 40—45 кГц), которые, сталкиваясь с обрабатываемой поверхностью, снимают с нее стружку царапанием.

• размерная

Источником энергии служит торец инструмента, вибрирующего с ультразвуковой частотой, под который непрерывно поступает суспензия абразива в воде или масле. Под воздействием ультразвуковых колебаний (частота 15—30 кГц) в жидкости возникают кавитационные явления, вследствие чего абразивные зерна с большой скоростью и силой ударяют в обрабатываемую поверхность и производят необходимую работу.

Для ультразвуковой обработки используют абразивные зерна карбида бора, карбида кремния, алмазный порошок и др. Несущей жидкостью может быть вода или масло низкой вязкости.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка (УЗС) — это способ создания неразъёмных соединений с помощью энергии, выделяющейся в зоне контакта свариваемых деталей, при прохождении через последнюю ультразвуковых механических колебаний.

Рис. 1 Устройство ультразвуковой сварки.

Рис. 2 Профиль поверхности:

а - двух собранных медных деталей перед ультразвуковой сваркой;

б - нижней детали после воздействия ультразвука

Область применения:

Легкая промышленность

Автомобилестроение

Приборостроение

Строительство и т.д.

Преимущества:

Возможность соединения деталей из твердых пластмасс на расстоянии от места ввода ультразвуковой энергии

Возможность введения эффективной автоматизаци и управления параметрами технологического процесса

Отсутствие вредных для человека растворителей

Исключение расходов на соединительные материалы (клей, растворитель, нитки), используемые при традиционных методах

Повышение производительности труда, за счет исключения операций с соединительными материалами

Возможность совмещения операций, например одновременного сваривания и резания, сваривания и нанесения рисунка.

Ультразвуковая упрочняюще-финишная обработка (УЗУФО)

Ультразвуковая упрочняюще-финишная обработка осуществляется путём прижатия колеблющегося торца излучателя-индентора к поверхности обрабатываемого изделия, совершающего вращательное или возвратно-поступательное движение и сканирования, таким образом, по всей поверхности, которую необходимо обработать.

Назначение

Финишная обработка наружных, внутренних, торцевых, плоских и фасонных поверхностей.

Область применения

Применяется практически во всех отраслях промышленности и ремонтных мастерских, использующих металлообрабатывающее оборудование.

Преимущества

Получение высокого класса чистоты (10-12 класс), упрочненного поверхностного слоя, снятие остаточных внутренних растягивающих напряжений, формирование сжимающих напряжений.

Износостойкость деталей, обработанных методом УЗУФО, в два-три раза выше, чем после шлифования.

Повышение коррозионной стойкости

Комплект легко устанавливается на универсальные и программные станки.

Предварительно деталь протачивается на станке (токарном, строгальном и т.д.), затем на этом же станке с помощью малогабаритной ультразвуковой приставки проводится УЗУФО. При этом инструмент (индентор) с большой частотой (22 кГц) (22000 ударов в сек.) ударяет по микронеровностям обрабатываемой поверхности, что позволяет получить на поверхности малую шероховатость и упрочненный слой.

Методом УЗУФО возможно обрабатывать детали различной конструктивной формы: круглые, плоские, наружные, внутренние, торцевые, сферические, конические, галтели, канавки и т.д.

Применение технологии УЗУФО позволяет исключить: во многих случаях операцию шлифования, полностью ручные доводочные операции абразивными шкурками и пастами.

Ультразвуковое резание (УЗР)

Ультразвуковое резание основано на сообщении режущей кромке инструмента УЗ колебаний, что в значительной мере снижает усилие резания (в 5-8 раз), улучшает сход стружки, препятствует налипанию на режущюю кромку, повышает стойкость инструмента (~ в 2 раза) и качество изготавливаемых изделий.

Назначение

Чистовая, точная обработка наружных, внутренних, торцевых и плоских поверхностей; сверление, точение, фрезерование; нарезание, накатывание внутренней резьбы.

Область применения

Применяется практически во всех отраслях промышленности и ремонтных мастерских, использующих металлорежущее оборудование.

Преимущества

Позволяет производить обработку по высокому классу точности и чистоты (8-9 класс) на металлообрабатывающем оборудовании нормального класса точности.

Ультразвуковая чистка

Ультразвуковая очистка представляет собой способ очистки поверхностей твердых тел от жировых и механических загрязнений, при котором в моющий раствор вводятся ультразвуковые колебания

Принцип работы

Ультразвуковые волны, распространяемые в жидкости в ультразвуковой ванне, создают зоны высокого и низкого давления.

В фазе низкого давления формируются миллионы маленьких пузырьков, заполненных паром – каверн. Этот процесс называется кавитацией.

\

В последующей фазе высокого давления пузырьки, взрываясь, высвобождают большое количество энергии. Эти мини взрывы действуют как маленькая армия щёток: они работают во всех направлениях, удаляя загрязнения со всех поверхностей, в том числе с любых углублений и отверстий отмываемых объектов, даже если эти объекты имеют сложную форму.

Системы ультразвуковой (УЗ) отмывки предназначены для удаления с поверхности печатных плат образованных в процессе пайки шариков припоя, остатков флюсов, масел, компаундов и прочих химических средств, используемых при производстве и ремонте изделий электронной техники. Также УЗ ванны применяются для отмывки SMT трафаретов от остатков паяльной пасты.

Кроме того, УЗ ванны применяются для очистки ювелирных изделий, инструмента, изделий из стекла, пластика, керамики, металла.

Существует 2 способа отмывки предметов в УЗ ваннах – прямой и непрямой

При прямом способе очищаемое изделие погружается непосредственно в отмывочный раствор, которым наполнена УЗ ванна.

При непрямом способе отмываемое изделие погружается в ёмкость с отмывочным раствором, а затем эта ёмкость погружается в УЗ ванну, наполненную водой. Этот способ применяется при использовании кислот или других коррозирующих реагентов в качестве чистящего раствора.

Рис. Пьезоэлектрический преобразователь

Применение

• Системы ультразвуковой отмывки предназначены для удаления с поверхности печатных плат образованных в процессе пайки шариков припоя, остатков флюсов, масел, компаундов и прочих химических средств, используемых при производстве и ремонте изделий электронной техники.

Достоинства

• Обеспечивает бережную очистку

• Быстро удаляет грязь с изделий, даже из труднодоступных мест

• Производит очистку и обезжиривание без применения органических растворителей

Примеры ультразвуковой очистки