Способ акустической обработки изделий в жидкости и устройство для его осуществления

Способ акустической обработки изделий в жидкости и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ео :. !с".:зн@,"

Ь.1ттентно- т,(4 л„;"/pe -твлко1 эт;4, Союз Советских

Социалистических

Респубттнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.08.76 (2! ) 2395020/28-12 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (51) M. Кл.е

В 08 В 3/12

Госудерстееннмй хемнтет

СССР но делам кэобретенке н открытнй

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18 (53) УЛК 621.7. .022 (088 8) Дата опубликования описания 25.05;79

/ (72) А втор изобретения

Г. Д. Лубяницк1тй (71) Заявитель (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОЙ ОБРЛБОТКЙ ЙЗДЕЛЙЙ

В ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к ультразвуковон технике и может быть использовано преимущественно в металлообрабатывающей промышленности при проведении акустическихтехнологических процессов в жидкости: ультразвуковой очистки деталеи, снятии с ннх заусенцев, упрочнении их поверхности и т.п., когда в процессе обработки необходимо производить перемещение деталей в акустичесском поле вследствие его неравномерности, одностороннего облучения деталей.

Известен способ обработки изделий в 10 жидкости, при котором изделия располагают на опорном элементе и помещают в акусти- ческое поле. Этот способ реализуется в устройствах, содержащих акустическую каме:, ру с помещенными в ней опорными элементами для размещения обрабатываемых изделий (l).

Недостатком этого способа и устройства является неравномерная обработка изделий вследствие неравномерности акустического поля. 20 Известен способ акустической обработки изделий в жидкости, по которому обрабаты. ваемые изделия помешают на опорный эле мент и в процессе обработки перемещают

2 относительно акустического излучателя. Процесс обработки особенно интенсифицируется при повышенйом избыточном давлении, создаваемо м "в к амбр"е, " н йфймер, сжатй м "воздухом (2) .

Способ реализуется в устройстве, содержащем акустическую камеру, заполненную рабочей жидкостью, с помещенным в нее. опорным элементом для обрабатываемых изделий, снабженным приводом для перемешения опорного элемента"относительно акустического излучателя. В зависимости от назначения опорные элементы могут иметь различную конструкцию и могут совершать перемещение относительно акустических излучателей по различным траекторияМ. В большинстве случаев опорные элементы выполняются в виде поворотной оси с размещенными на ней подвесками (3) .

Недостатком известных способов и устройств является недостаточно высокая эффективность обработки, особенно при проведении таких процессов, как снятие заусенцев с изделий, упрочнение их поверхности и т. п., требующих повышенной кавитацнонно-эрозионной активности жидкости и в то

662!67 же время направленного распределения кавитационных областей, а также усложнение конструкций устройств для реализации способа вследствие необходимости применения специального привода для перемещения опор" ного элемента. Усложняется конструкция устройств при необходимости ведения процес са обработки в акустической камере под из быточным давлением, так как при этом возникают сложности, связанные с герметизацией ввода в камеру кинематического звена, передающего вращение опорному элементу te от внешнего привода.

Целью изобретения является повышение эффективности обработки путем более полного использования подводимой акустической энергии. 1Ю

Для этого по предлагаемому способу перемещение обрабатываемых изделий относительно акустического излучателя осуществляется за счет инъекции искусственных зародышей кавитации в жидкость у поверхности изделия или подвижного опорного элемен - za та со стороны, противоположной направлению перемещения изделия.

Искусственные зародыши кавитации создают путем инъекции газовых пузырьков в область, прилегающую к этой поверхности, а интенсивность на акустическом излучателе выбирают достаточной для развития кавитации в области инъекции, Условия для развития кавитации у поверхности объекта или подвижного опорного элемента, обращенной в сторону его переме- ц щения; по сравнению с зоной инъекции искус ° ственных зародышей кавитации, усложнены.

При использовании повышенного избыточного давления можно добиться полного подавления кавитации у этой поверхности, в то время как интенсивность захлопывания кавитирующих пузырьков в зоне инъекции, а следовательно интенсивность гидра вличес. ких микроударов и микротоков, воздеиствующих на эти участки поверхности изделия или подвижного опорного элемента, повы- @ сится. Таким образом на поверхность, вблизи которой производится инъекция, одновременно воздействует большее количество микроимпульсов силы, чем с противоположной стороны поверхности. Равнодействующая этих сил направлена в сторону, противоположную поверхности, у которой производится инъекция искусственных зародышей кавитации, и вызывает перемещение объекта. Развитая локальная кавитационная область за счет инъекции искусственных зародышей кавитации может быть сформирована у поверх ности обрабатываемых объектов и опорного элемента, например при электролизе жидкости, сопровождаемым выделением газовых пузырьков. При этом особенно эффективно протекает процесс удаления заусенцев, ког- И да в качестве электродов используют изделия, так как на заусенцах создается повышенная плотность тока и связанное с этим с

4 образование искусственных кавитационных зародышей,.повышающих на этих участках .эрозионную активность жидкости.

Для реализации этого способа в известном устройстве, содержащем заполняемую жидкостью, например электропроводной, акустическую камеру с помещенными в нее опор ным элементом для обрабатываемых изделий, выполненным преимущественно в виде поворотной оси, с приводом своего перемещения, привод выполнен в виде направленных источников- искусственных зародышей кавитации, закрепленных преимущественно с возможностью съема на опорном элементе. так, что поверхность источника, инъектирующая зародыши кавитации, была обращена в сторону, противоположную перемещению изделий.

Кроме того, источник зародышей кавитации выполнен. в виде, по меньшей мере, одного подключенного к источнику тока электрода, поверхность которого, обращенная в сторону перемещения опорного элемента, электроизолирова на.

Источник искусственных кавитационных зародышей s предлагаемом устройстве выполнен из двух, последовательно соединенных пластин, из которых одна, расположенная первой в направлении перемещения опорного элемента, выполнена из материала, химически взаимодействующего с рабочей жидкостью, заполняющей акустическую камеру, выделением газа, а вторая выполнена из материала, не взаимодействующего химичес;,и с рабочей жидкостью с выделением газа.

На опорном элементе закреплена система источников искусственных кавитационных зародышей, выполненная в виде крыльчатки, у которой лопасти выполнены в виде направленных источников искусственных кавитационных зародышей.

На фиг: 1 и 2 показана схема опорного элемента устройства, помещенного внутри камеры (вид сверху).

Устройство содержит акустическую камеру I с акустическим излучателем 2 (цилиндрическим), являющимся частью.акустической камеры; опорный элемент 3 для помещения изделий 4, расположенный внутри камеры и выполненный в виде поворотной оси; направленный источник 5 искусственных зародышей 6 кавитации, закрепленный преимущественно с возможностью съема на опорном элементе 3 так, что его инъектирующая поверхность обращена в сторону, противоположную перемещению опорного элемента 3.

Для -этого источник зародышей кавитации может быть выполнен в виде подключенного к источнику 8 тока,но меньшей мере, одного электрода 7, закрепленного на опорном элементе 3, причем его поверхность 9; обращенная в сторону перемещения объектов, электроизолирована. Электродом противоположного знака может быть камера 1, 66216?

S либо излучатель 2 (фиг. 1 и 2), либо аналогичный электрод, электроизолированный от упомяйутого и также закрепленный на опорном элементе. Подвод питания к электродам от источника 8 тока может осушествляться либо непосредственно, либо через опорный элемент 3 (для электродов, закрепленных на нем) с помогцью скользящих контактов 10. При перемещении металлических объектов 4 для повышения качества их обработки на них также может подаваться электрический потенциал через опорный элемент 3.

Если использование источника 8 тока по каким-либо причинам нежелательно, то источник зародышей кавитацин выполняется из двух, преимущественно последовательно соединенных пластин, из которых одна, расположенная первой, в направлении переме"щения объектов, выполнена из материала, химически взаимодействуюгцего с рабочей жидкостью с выделением газа, а вторая выполнена из материала, не взаимодействуюгце- го с рабочей жидкостью. Так, например, при использовании в качестве рабочей жидкости щелочного раствора в качестве взаимодействующего с ней элемента можно использовать, например, алюминиевую пластину. Устройство может содержать несколько источников 5 искусственных зародышей 6 кавитации, закрепленных на опорном элементе 3, тогда система выполняется в виде крыльчатки 11, у которой лопасти выполнены в виде отдельных источников 5 зародышей кавитации. Лопасти крыльчатки могут быть поворотными, для этого они крепятся к ступице крыльчатки на поворотных осях 12.

Для работы под избыточным давлением камера может быть снабжена эллипсовидной крышкой 13 с герметизирующими рукоятками 14, краном 15 для подачи сжатого газа, краном 16 для его стравливания и предохранительным клапаном 17. Для слива рабочей

"жидкости служит кран 18.

Верхняя часть акустической камеры 1 может быть выполнена с окнами для наблюдения за перемещением и обработкой изделий. При использовании источника искусственных зародышей кавитации, выполненного в виде системы электродов, заземление корпуса камеры производится через электрический конденсатор, предотвращающий утечку постоянного тока.

Обрабатываемые изделия 4 помещают на опорный элемент (подвеску) 3, затем его помещают в рабочую жидкость, находящую-. ся в акустической камере l и подключают к источнику Н тока с помощью скользящего электрического контакта 10, Камеру герметизируют, создают в ней избыточное давление и включают ультразвук. На инъектируюгцей стороне источника искусственных зародышей кавитации образуются газовые пузырьки, которые под действием акустическо- го поля начинают кавитировать и пульсиро вать. Опорный элемент при этом начинайт ь вращаться. Угол наклона лопастей крыльчатки устанавливается заранее в зависимости от необходимой скорости и направления вращения. При обработке изделий из электропроводящего материала на них также проис ходит выделение газовых пузырьков, и эф фективность процесса обработки значительно повышается вследствие увеличения эрозионной активности жидкости непосредственного у поверхности изделий:

При обработке изделий из неэлектропро16 водного материала также повышается ее эффективность за счет всплывающих и инъектируемых в область расположения иэделий газовых пузырьков, непрокавитировавших на источнике, Плотность тока на источнике зародышей кавитации и обрабатываемых из1ю делиях подбирается в зависимости от необходимых режима обработки и скорости перемегцения объектов. Кран 16 может работать по заданной программе и непрерывно стравливать газ, поддерживая заданное избыточное давление. Кроме того, при необходимости в камере можно создавать импульсное избыточное давление за счет периодического (с заданным периодом) сброса давления краном 16. Прн использовании источника зародышей кавитации, выполненного из двух пластин, устройство работает аналогично, но источник р тока не используется.

В процессе химическои реакции происходит выделение газовых пузырьков на элементе источника зародышей кавитации, избыток которых инъектируется в обласгь расположения изделий. Изделия и;ремегцаются и подвергаются акустической обработке, Интенсивность выделения пузырьков подбирают изменением концентрации и состава рабочей жидкости, ее температуры, материала, химически взаимодействуюгцего с рабочей жидкостью элемента, плогцадью активной поверхности элемента и т. п.

Использование предложенного способа акустической обработки изделий в жидкости и устройства для его осуществления обес @ печивает значительное повышение эффективности обработки изделий (очистки, удаления заусенцев, поверхностного упрочнения и т. п) за счет инъекции газовых пузырьков в зону нахождения объектов, при избыточном давле

43 нии. 11ри этом эрозионная активность жид-, кости возрастает вследствие выделения в зоне нахождения объектов большего количества энергии в единицу времени за счет локализации у поверхности объектов развитой гравитационной области. Улучшается также прохождение акустических волн к труднодоступным участкам поверхности обрабатываемых изделий вследствие подавления при избыточном давлении паразитной кавитации в объеме жидкости, не прилегаюгцем к поверхности обрабатываемых объектов.

$>

Кроме того, снижается энергоемкость процесса за счет интенсификации, увеличения количества одновременно обрабатываемых изделий, а также вследствие более полногa, Г>62167 использования энергии акустического поля, позволяющего отказаться от внешнего привода; упрощается конструкция и повышается надежность работы устройства, реализуюц его способ благодаря исключению внешнего привода.

Формула изобретения

1. Способ акустической обработки изде- <о лий в жидкости, преимущественно при повышенном избыточном давлении, при котором обрабатываемые изделия размещают на подвижном опорном элементе и перемещают относительно акустического излучателя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности обработки путем более полного использования подводимой акустической энергии, перемещение обрабатываемых изделий относительно акустического излучателя осуществляется за счет инъекции искусствен-но ных зародышей кавитации в жидкость у поверхности изделия или подвижиого опорного элемента со стороны, противоположной наппавлению перемспгения изделия.

2. Устройство для ol., ществления способа акустической обработки изделий по п. l, содержащее,"кустическую камеру, заполненную рабоч< и жидкостью, с пом ценным в нее подвижным опорным элементом для подвески обраб-,тыва Mblx изделий с приводом для перемещения, отличающееся тем что 30 привод снабжен направленными источниками искусственных зародышей кавитации, закрепленными на опорном элементе так,что поверхность и —.очника, инъектирующая зародыши кавитации, обращена в сторону, противоположную перемещению изделия.

3. Устройство по и. 2, отличающееся тем. что каждый источник искусственных зародышей кавитации выполнен в виде по меньшей мере одного подключенного к источнику тока электрода, поверхность которого, обращенная в сторону перемещения опорного элемента, электроизолирована.

4. Устройство по и. 2, отличающееся тем, что каждый источник искусственных зародышей кавитации выполнен из двух последовательно и плотно соединенных пластин, из которых одна, расположенная первой в направлении перемещения опорного элемента, выполнена из материала, химически взаимодействующего с рабочей жидкостью с выделением газа, а вторая выполнена из материала, не взаимодействующего химически с рабочей жидкостью с выделением газа.

5. Устройство по пп.2-4, отличающееся тем, что на опорном элементе закреплена система источников искусственных кавитационных зародышей, выполненная в виде крыльчатки.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что, с целью регулирования скорости и изменения направления перемещения опорного элемента, оно имеет приспособление для изменения угла поворота лопастей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 217766, кл, В 08 В 9/00„ 1966.

2. Авторское свидетельство СССР № 471909, кл. В 08 В 3/12, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР № 483159, кл. В 08 В 3/12, 1973.

662I67

Рм/

Составнтель А. Закатов

Редактор В, Трубченко Техред О, Луговая Корректор A. Грнценко

Заказ 2569/В Тнраж WS Подпнсное

ЦН ПИПИ Государственного комнтета СССР по делам нзобретеннй и открмтнй

113035, Москва, Ж вЂ” Зб, Рвушская наб., д. 4/б

Фнлнал ППП «Патенте, г. Ужгород, ул. Проектная, 4