Лабораторна робота № 4

Вивчення особливостей коливальної системи ультразвукових

верстатів і визначення змін швидкості робочої подачі інструмента при

прошиванні отвору.

Мета роботи: вивчити сучасні конструкції та принципи робот

електроакустичних перетворювачів; ознайомитися з особливостями

технології прошивання отворів на ультразвуковому обладнанні.

Обладнання, інструменти та матеріали

1. Ультразвуковий верстат 4Д77К.00.000РЭ.

2. Магнітострикційний перетворювач.

3. Концентратори різної геометричної форми (циліндричні ступеневі,

конічні, експоненційні, комбіновані).

4. Набір інструментів.

5. Заготовки із скла (кераміки).

6. Схеми ультразвукового верстата (принципова та кінематична).

Короткі теоретичні відомості

Ультразвукова коливальна система складається із:

1. Джерела живлення - генератора, який перетворює напругу

промислової частоти (50 Гц) у напругу ультразвукової частоти

(16...25кГц).

2. Перетворювача електричних коливань у механічні;

3. Концентратора (трансформатора пружних коливань), який збільшує

амплітуду коливань перетворювача та погоджує параметри

перетворювача та навантаження;

4. Інструмента, що закріплений на концентраторі і передає рух ріжучим

абразивним зернам.

Магнітострикційні перетворювачі.

Магнітострикційний перетворювач являв собою осердя із магнітострикційного матеріалу з

обмоткою. Магнітострикційні матеріали в магнітному полі змінюють свої розміри (збільшуються або зменшуються). Значним магнітострикційним ефектом володіє сплав платини з залізом, залізокобальтовий сплав (пермендюр) залізоалюмінієвий (альфер). У більшості випускаючих в нашій країні магнітострикційних перетворювачів як активний матеріал використовують пермендюр. Перетворювач стержневого типу, як правило,

складається із двох стержнів 1 і 2 (рис. 4.1), сполучених між собою поперечними накладками 3 і 4. Для зменшення втрат від вихрових струмів осердя /стержні з накладками/ набирають 5 штампованих пластин товщиною 0.1...0.2 мм електрично ізольованих одна від одної електроізоляційним лаком. На стержнях осердя розміщують обмотки.

Рис. 4.1. Схема магніто-стрикційного перетворючвача

Всі розміри осердя обчислюються. Так. ширина пластин b приймається менша за оловину довжини хвилі, оскільки будуть виникати значні поперечні коливання в перетворювачі.

Довжина осереддя l повинна відповідати довжині непарного числа пів хвилі - тоді амплітуда коливань буде максимальною за рахунок резонансу. Для ультразвукових верстатів використовують односторонні випромінювачі, тобто ультразвукові коливання надходять у робочу зону з одного торця осердя через концентратор 5 і інструмент 6. На

непрацюючому торці створюють екран, наприклад накладають пористу гуму 7. Ультразвукова хвиля відбивається від такої подушки і в необхідній фазі досягає випромінюючого торця осердя, В процесі роботи перетворювач нагрівається із-за втрат на вихрові (струми Фуко) і магнітний гистерезис. Тому перетворювачі більше як 500 Вт виготовляють з водяним охолодженням. Стержні магнітострикційних перетворювачів

виготовляють також із феритів (феритонікелю, феритоміді та ін.). Вони недорогі, але дають малу амплітуду коливань.

П'єзоелектричні перетворювачі. Принцип їх роботи заснований на п'єзоелектричному ефекті, коли матеріал деформується під дією

Рис. 4.2 Схема пакетного п’єзоелектричного перетворючвача

електричного поля. Найбільше використання для ультразвукових випромінювачів отримала п'єзокераміка на основі твердих розчинів титанату цирконіту свинцю. П'єзокераміка виготовляється у вигляді стержнів або пластин на рис. 4.2 зображено пакетний п'єзоелектричний перетворювач. П'єзокерамічні пластини 1 і 2 та струмопідвідні пластини 5 і 6 закріплені шпилькою 4 між відбиваючою З і робочою 7 накладками. До

робочої накладки прикріплені концентратор 8 з інструментом. В разі збудження п'єзоелектричні пластини змінюють свою товщину. Потужність п'єзоелектричних

перетворювачів обмежується в основному механічною міцністю пластин. П'єзоелектричні

перетворювачі широко використовуються на обладнанні Японії, США й Англії. Концентратори. Виконують роль ланок резонансної довжини при пере дачі коливань від перетворювача інструмента та в робочу зону. Амплітуда коливань торця перетворювача звичайно не більше за 5...І0 мкм..

Для збільшення амплітуди коливань до робочої величини /більше як 20...З0 мкм/, концентраторам надається визначена форма, що забезпечує на торці інструмента максимально можливу амплітуду. Параметри концентраторів обчислюють як параметри акустичних хвилеводів. В про цесі обчислення використовується явище збільшення амплітуди вміщення часток стержня концентратора при зменшенні його поперечного перерізу Частіше всього концентратори виготовляються трьох форм: ступеневі

циліндричні, конічні та екопоненційні. Матеріал, із якого виготовлено концентратор, повинен мати високу межу витривалості та мінімальні втрати /затухання ультразвуку/.

Концентратори виготовляють із сталі 45 і титанових сплавів. Закріпляють концентратори до перетворювачів високотемпературними припоями та зварюванням. До феритних та п’єзоелектричних перетворювачів концентратори приклеюють. Робочий інструмент закріплюється до

концентратора за допомогою різьбового з’єднання. Для попередження

самозгвинчування при коливаннях використовують дрібні різьби.

Обробка отворів. Це найрозповсюдженіша операція, яка виконується

на серійних ультразвукових верстатах. Отвори виготовляються різної

форми та розмірів (0,2…60мм). Отримання отворів глибиною більш як

15…20мм ускладнене, оскільки ослаблюється приплив свіжої абразивної

суспензії в робочу зону. Для отримання глибоких отворів необхідні активні

способи підведення суспензії – прокачування її крізь інструментом під

тиском або вакуумний відсмоктувач.