Способ акустической обработки изделий в жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1979 года по МПК B08B3/12 

t

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано преимущественно в металлообрабатываюшей промышленности при проведении акуетИческих технологических процессов в жидкости: уЛБтразвуковой очистки деталей, снятии с них заусенцев, упрочнении их поверхности и Tin., когда в процессе обработки необходимо Производить перемещение деталей в акустичесском поле вследствие его керавнотйёрйбстй, одностороннего облучения деталей.

Известен способ обработки изделий в жидкости, при котором изделия располагают иа опорном эле.менте и помещают в акустическое поле. Этот способ реализуется в устройствах, содержащих aKycTH iecKyro каме, ру с помещенными в ней опорными элементами для размещения обрабатываемых изделий (1).

Недостатком этого способа и устройства является неравномерная обработка изделий вследствие неравномерности акустического поля.

Известен способ акустической обработки изделий в жидкости, по которому обрабатываемые изделия помещают на опорный эле мент и в процессе обработки перемещают

относительно акустического излучателя. Процесс обработки особенно интенсифицируется при повышенном избыточном давлении, создавгемйм в jt eprStffNM pr f жМым воздухом (2.

Способ реализуется в устройстве, содержащем акустическую камеру, заполненную рабочей жидкостью, с помешенным в нее опорным элементом для обрабатываемых изделий, снабженным приводом для перемещения опорного элемента относительно акустического излучателя.

В зависимости от иазначения опорные элементы могут иМ&ть конструкцию и могут совершать перемещение относительно акустических излучателей по различным траекториям. В больщинстве случаев опорные элементы выполняются в виде поворотной оси с размещенными иа ней подвесками 3J.

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 кавитационно-эрозионной активности жидкости и в то же время налраЬленного 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 возникакрт сложности, связанные с герметизацией ввода в камеру кинематического звена, передающего вращение опорному элементу от внешнего привода. Целью изобретения является повышение эффективности обработки путем более полно го использования подводимой акустической энергии. Для этого по предлагаемому способу перемещение обрабатываемых изделий относительно акустического излучателя осуществляется за счет инъекции искусственных зародь1шей кавитации в жидкость у поверхности изделия или подвижного опорного элемента со стороны, противоположной направлению перемещения изделия. Искусственные зародьшш 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, обращённой в сторону егоперемещения, по сравнению с зоной инъекции искус ственных зародыщей кавитяции, 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 гидравлических микроударов и микротоков, воздействующих на эти участки поверхности изделия или подвижного опорного элемента, повысится. Таким образом на поверхность, вблизи которой производится инъекция, одновременно воздействует большее количество микроимпульсов силы, чём с противоположной стороны поверхности. Равнодействующая этих сил направлена в сторону, противоположную поверхности, у которой производится инъекция искусственных зародыц:1ей 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 про.цесс удаления заусе«цев, когда в качестве электродов используют изделия, так как. на заусенцах создается повышенная плотность тока и связанное-с этим образование искусственных кавитационных зародышей, .повышающих на этих участках эрозионную активность жидкости. Для реализации этого способа в известном устройстве, содержащем заполняемую жидкост{.ю, например электропроводной, акустическую камеру с помещенными в нее опорным 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, электроизолирована. Источник искусственных кавлтационных зародышей в 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, с выделением газа, а вторая выполнена из материала, не взаимодействующего химичесчи 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 1 с акустическим излучателем 2 (цилиндрическим), являющимся частью .акустической камеры; опорный элемент 3 д помещения изделий 4, расположенный внутри ка меры и выполненный в виде поворотной оси; направленный источник 5 искусственных зародышей 6 кавитаций,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 подклю.ченного к источнику 8. тока,по меньшей мере, одного электрода 7, закрепленного на опорном элементе 3, причем его поверхность 9; обращенная в сторону перемещения объектов, электроизолирована. Электродом противоположногр знака может быть камера I,

5

либо излучатель 2 (фиг. 1 и 2), либо аналогичный электрод, электроизолированный от упомя нутого и также закреплённый на опорном элементе. Подвод питания к электродам от источника 8 тока может осуществляться либо непосредственно, либо через опорный элемент 3 (для электродов, закрепленных на нем) с помощью 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 кавитации выполняется из двух, преимущественно последовательно соединенных пластин, из которых одна, расположенная первой, в направлении перемещения объектов, выполнена из материала, химически взаимодействующего с рабочей жидкостью с выделе1 ием газа, а вторая выполнена из материала, не взаимодействующего 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 М, у которой лопасти выполнены в виде отдельных источников 5 зародышей кавитации. Лопасти крыльчатки могут быть пбворотным-й, 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 5 для подачи сжатого газа, краном 16 для его стравливания и предохранительным клапаном 17. Длч 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, находящуюся в акустической камере 1 и подключают к источнику 8 тока с помощью скользящего электрического контакта 10. Камеру герметизируют, создают в ней избыточное давление и включают ультразвук. На инъектирующёй стороне источника искусственных зародышей кавитации образуются газовые пузырьки, которые под действием акустическо-; го поля начинают кавитировать и пульсиро вать. Опорный элемент при этом начинает

662167

вращаться. Угол наклона лопастей крыльчатки устанавливается заранее в зависимости от необходимой скорости и направления вращения. При обработке изделий изэлектропроводящего материала на них также проис ходит выделение газовых пузырьков, и эф

, фективность процесса обработки значительно повышается вследствие увеличения эрозионной активности жидкости непосредственного ; поверхности изделий:

При обработке изделий из неэлектропроводного материала также повышается ее эффективность за счет всплывающих и инъектируемых в область расположения изделий газовых пузырьков, непрокавнтировавших на источнике. Плотность тока на источнике зародышей кавитации и обрабатываемых изделиях подбирается в з;ависимости от необходимых режима обработки и скорости перемещения объектов. Кран 16 может работать по заданной программе и непрерывно стравливать газ, поддерживая заданное избыточное давление. Кроме того, при необходимос0ти в камере можно создавать импульсное избыточное давление за счет периодического (с заданным периодом) сброса давления краном 16. При использовании источника зародышей кавитации, выполненного, из двух

пластин, устройство работает аналогично, но источник а тока не используется.

В процессе химической реакции происходит выделение газовых пузырьков на элементе источника зародышей кавитации, избыток которых инъектируется в область рас положения изделий. Изделия п ремещают- ся и подвергаются акустической обработке. Интенсивность выделения пузырьков подбирают изменением концентрации и состава рабочей жидкости, ее температуры, материала, химически взаимодействующего с рабочей жидкостью элемента, площадью активной поверхности элемента и т. п.

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

5 НИИ. При 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 йавитационной области. Улучшается также

O прохождение акустических волн к труднод оступным участкам поверхности обрабатываемых изделий вследствие подавления при избыточном давлении паразитной кавитации в объеме жидкости, не прилегающем к по верхности обрабатываемых объектов.

Кроме того, снижается энергоемкость процесса за счет интенсификации, увеличения количества одновременно обрабатываемых изделий, а также вследствие более полного использования энергии акустического поля позволяющего отказаться от виепгнего приЕюда; упрощается конструкция и повышается надежность работы устройства, реализующе го способ благодаря исключению внешнего привода. Формула изобретения I. Способ акустической обработки изде яцИ в жидкости, преимущестЕзенно при повышенном избытoчнo f давлении, при котором обрабатываемые изделия размешают на гюдйижном опорном элементе и перемещают относительно акустического излучателя, отличающийся тем, что, с це.тью повьииения эффективности обработки путем более полного использования подводим ж акустической энергии, перемещение обрабатываемых изделий относительно акустического излучателя осуществляется за счет инъекции искуссгвен ных зародышей кавитации в жидкость у поверхности изделия или подвижного опорного элемента со стороны, противоположной Fiaпоавлению nepeMcincFu изделия. 2. Устройстгю для осуществления способа акустической обработки изделий по п. I, содержащее Г кустическую камеру, заполненную рабочей жидкостью, с пом ценным в нее подвижным опорным элементом для подвески обрабгтываемых изделий с приводом для перемещения, отличающееся тем, что привод снабжен направленными источниками искусственных зародышей кавитации, закрепленными на опорном элементе так,что поверхность гочника, инъектирующая зародынш кавитации, обращена в сторону, противоположную перемещению изделия. 3.Устройство по п. 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 п. 2, отличающееся тем, что каждый источник искусственных зародыщей кавитации выполнен из двух последовательно и плотно соединенных пластин, из коTopidx одна, расположенная первой внаправлении перемещения опорного элемента, выполнена из материала, химически взаимодействующего с рабочей жидкостью с выделением газа, а вторая вьшолнена из материа1па, не взаимодействую1цего 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 свидете:льство СССР 483159, кл. В 08 В 3/f2, 1973.

futi

If

9иг.г