Выберите материалы для которых можно использовать ультразвуковую обработку дерево
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 19.09.2024
Ультразвуковой метод обработки относится к электрофизическому воздействию на материал. Частота воздействий соответствует диапазону неслышимых человеческим ухом звуков (частота 16–105 кГц). При распространении в материальной среде ультразвуковая волна переносит определенную энергию, которая может непосредственно использоваться в технологических процессах или же преобразовываться в другие виды энергии (тепловую, химическую, механическую).
В качестве источников ультразвуковых колебаний используют аэродинамические, механические, гидродинамические, электромагнитные, электродинамические, магнитострикционные и пьезоэлектрические излучатели.
Основным элементом излучателя является электроакустический преобразователь (магнитострикционный или пьезоэлектрический). Он соединен с согласующим устройством, осуществляющим передачу акустической энергии от преобразователя в обрабатываемую среду, а также создающим размеры излучающей поверхности и интенсивность ультразвукового поля.
В качестве согласующих устройств используют, как правило, волноводные концентраторы акустические – расширяющиеся (для жидкостей) или сужающиеся (для твердых веществ), резонансные (настроены на определенную частоту) или нерезонансные пластины.
Согласующее устройство, кроме того, может одновременно выполнять функции режущего или какого-либо другого инструмента (например, при сверлении, сварке, пайке). Иногда применяют преобразователи, работающие без согласующего устройства (например, кольцевые преобразователи, встроенные в трубопровод).
Ультразвуковая обработка твердых веществ используется в основном для сварки металлов, пластмасс и синтетических тканей, при резании металлов, стекла, керамики, алмаза и т.п. (например, при сверлении, точении, гравировании), а также при обработке металлов давлением (волочении, штамповке, прессовании и др.).
Резание на ультразвуковых станках обеспечивает высокую точность, позволяет получать не только прямые круглые отверстия, но и вырезы сложных сечений, криволинейные каналы. Ультразвук, подведенный к инструменту обычного металлорежущего станка (например, сверлу, резцу), интенсифицирует обработку и улучшает дробление стружки.
При обработке металлов давлением ультразвуковые колебания улучшают условия деформирования и снижают необходимые усилия. При ультразвуковом поверхностном упрочнении повышаются микротвердость и износостойкость, снижается шероховатость поверхности. Во всех этих процессах ультразвук обычно подводят с помощью волноводного концентратора к рабочим органам машин (например, к сверлу, валкам прокатного стана, штампу пресса, фильере).
Ультразвуковая обработка в жидкостях (жидкостей) основана главным образом на возникновении кавитации. При определенных условиях распространения ультразвуковых колебаний в жидкой среде происходят чередующиеся сжатия и растяжения с частотой проходящих колебаний. В момент растяжения в капельной жидкости образуются полости, заполненные газом, паром или их смесью (так называемые кавитационные пузырьки).
В момент сжатия пузырьки захлопываются, в результате чего возникают ударные волны с большой амплитудой давления. Эти механические усилия и являются причиной разрушительного действия ультразвука. Местные ударные давления при этом часто превышают 980 мПа.
Некоторые эффекты кавитации (гидравлические удары при захлопывании пузырьков и микропотоки, возникающие в жидкости около пузырьков) используются при пайке и лужении, диспергировании, очистке деталей и т.д. Другие эффекты (разогрев паров внутри пузырька и их ионизация) используются для инициирования и ускорения химических реакций. Иногда для интенсификации ультразвуковой обработки процесс ведут при повышенном давлении.
При пайке и лужении металлов (алюминия, титана, молибдена) ультразвук разрушает окисные пленки на поверхности деталей и облегчает течение процесса. С использованием ультразвука можно лудить, а затем паять керамику, стекло и другие неметаллические материалы. Ультразвук подводят волноводным концентратором к припою, помещенному в ванну или нанесенному на поверхность детали.
Целесообразно использование ультразвука для очистки деталей и сборочных единиц сложной формы от загрязнений в машиностроении. Качество звуковой очистки несравнимо с другими способами. Например, при очистке деталей с помощью органических растворителей на поверхности остается 80% загрязнений, при вибрационной – 25%, а при ультразвуковой – 0,5%.
Хорошие результаты дает использование ультразвука для мойки фруктов, отмывания частиц крахмала с картофеля перед жаркой, сушкой.
Разработана ускоренная технология производства виноградного сока, согласно которой удаление избытка винного камня проводится с применением ультразвуковой обработки. Сок после такой обработки хорошо фильтруется и становится кристально прозрачным.
Очистка осуществляется в ваннах со встроенными электроакустическими излучателями. В рабочую жидкость добавляют поверхностно-активные вещества. Для снятия заусенцев с деталей в жидкость вводят абразивные частицы, ускоряющие обработку.
Дегазацию (освобождение от газов) жидкостей осуществляют при малой (обычно ниже порога кавитации) интенсивности ультразвука. Мелкие газовые пузырьки, взвешенные в жидкости, сближаются друг с другом, слипаются и всплывают на поверхность. Дегазации подвергают расплавы оптических стекол, жидкие алюминиевые сплавы и другие жидкости. Ультразвуковую обработку используют при обогащении (флотации) руд – газовые пузырьки оседают на поверхностях частичек минералов и всплывают вместе с ними.
Ультразвуковая обработка оказывает благоприятное влияние на процесс кристаллизации расплавов металлов при литье, что существенно улучшает структуру слитка и его механические свойства.Для образования эмульсий обычно применяют ультразвуковые аппараты в виде свистков или сирен.
Промышленное значение ультразвука может быть использовано для приготовления водно-жировых эмульсий любых концентраций и различной консистенции. Такие эмульсии имеют более высокую устойчивость, при добавлении в тесто значительно улучшают качество хлебобулочных изделий.
Приготовление суспензий в основном ведут в аппаратах с магнитострикционными преобразователями, работающими при повышенном давлении.
Образование аэрозолей происходит при ультразвуковой обработке жидкости в тонком слое с помощью волноводного концентратора, представляющего собой распылительную насадку. Ультразвук можно использовать для получения аэрозолей (например, при получении горячего дыма для копчения продуктов на основе коптильной жидкости).
При ультразвуковой обработке хорошо деполимеризуются в растворах высокомолекулярные соединения. Это свойство используется, например, при синтезе различных блок- и привитых сополимеров, для получения из природных полимеров ценных низкомолекулярных веществ.
Ультразвуковые колебания применяются для ускорения процесса полимеризации при изготовлении искусственного каучука, ускорения растворения твердых веществ в жидкости. Так, продолжительность растворения вискозы в процессе изготовления химических волокон при применении ультразвука сокращается с 7 до 3 ч.
Ультразвуковая обработка ускоряет многие массообменные процессы (растворение, экстрагирование, пропитку пористых тел и т.п.), ход которых ограничивается скоростью диффузии.
Действие высоких температур внутри кавитационных пузырьков, уменьшение толщины пограничного слоя и его турбулизация интенсифицируют также протекающие совместно химические и массообменные процессы. С помощью ультразвука можно ускорить диффузионные процессы. Например, при посоле сельди обработка ультразвуком значительно ускоряет процесс проникновения соли, повышается проницаемость оболочек клеток фруктов и овощей, что облегчает процесс извлечения сока.
Ультразвук используется для ускорения экстракционных процессов. Получение рыбьего жира из рыбьей печени при обработке ультразвуком происходит без значительного повышения температуры, что позволяет сохранить в готовом продукте все биологически активные вещества.
Ультразвуковая обработка в газах (газов) вызывает коагуляцию аэрозолей и пыли (укрупнение и осаждение взвешенных в газах мелких частиц) и применяется, например, в акустическом пылеуловителе.
При возбуждении ультразвука в нагретом газе (сушильном агенте) интенсифицируется сушка пористых тел – ускоряется испарение со свободной поверхности жидкости, в капиллярах возникают акустические течения и т.п. Ультразвуковая сушка обычно применяется совместно с другими видами сушки (например, инфракрасной, высокочастотной), в качестве источников ультразвука используют сирены.
С помощью ультразвука процесс сушки можно вести при более низких температурах, что способствует сохранению пищевой ценности высушиваемого продукта. Наиболее благоприятно акустическая сушка протекает при механическом перемещении частичек материала, особенно при сушке в кипящем слое или при непрерывном перемешивании. Сушка в кипящем слое обеспечивает большую интенсивность процесса, высокий коэффициент заполнения объема, при этом более полно используется звуковая норма.
Расширяется область практического использования ультразвуковой обработки, (например, в пищевой промышленности для осветления вин и ликеров, в фармацевтической – для стерилизации и приготовления различных препаратов и т.д.).
С помощью ультразвуковой фильтрации можно разделять жидкие неоднородные системы. Подаваемая в ультразвуковой фильтр суспензия подвергается воздействию ультразвука. Под действием звуковых волн твердые частицы суспензии коагулируют и в виде осадка собираются в нижней части аппарата. Жидкая фаза вытекает через штуцер в верхней части аппарата.
Установлено положительное влияние ультразвука на вкусовые качества шоколада: он отличается нежностью, бархатистостью и более тонким букетом. Под действием ультразвука вязкость шоколадной массы снижается на 7–10%.
Эффективно применение ультразвуковых гомогенизаторов. Так, под действием ультразвуковых колебаний в объеме эмульсии (вода и молочные жировые шарики) образуются кавитационные пузырьки. При их схлопывании возникают ударные волны, интенсивно измельчающие жировые шарики. Ультразвуковая гомогенизация обладает рядом преимуществ, и главное из них – возможность управлять процессом, регулируя частоту и амплитуду колебаний. Кроме того, с помощью ультразвука стерилизуют молоко при комнатной температуре. При этом полезные вещества молока, разрушающиеся при нагревании, в нем сохранятся.
С помощью ультразвука можно получать и мелкодисперсные суспензии. Разрушение твердых частиц происходит в две стадии: сначала при соударениях в частицах возникают микротрещины, а затем кавитационные ударные волны расширяют и углубляют трещины, раскалывая частицу.
Ультразвуковые гомогенизаторы также необходимы при производстве плодовых соков и пюре, для извлечения растительных компонентов без использования органических растворителей, при изготовлении антибиотиков с повышенной антибактериальной активностью.
Ультразвуковая обработка — обработка материалов (изделий) или веществ действием ультразвука (обычно с частотой 15-50 кГц) в технологических процессах.
Ультразвуковой обработке подвергают жидкие, газообразные и твердые среды для ускорения в них массо- и теплообмена, химических реакций, разрушения, уплотнения и коагуляции и тому подобное. В частности, ультразвук используется для интенсификации процессов диспергирования реагентов, разделенные тонких шламовых частиц, тушение флотационных пен, очистки поверхностей минеральных частиц, классификации технологических суспензий, фильтрации промышленных жидкостей и сточных вод, получения аэрозолей, очистки газов от твердых частиц, сушки сыпучих материалов, повышения производительности бурение и резки горных пород и т.
Предпосылки применения ультразвука
Акустика, как раздел физики, изучающий теоретические аспекты ультразвука получила значительное развитие уже в XIX веке. Основы теории колебаний и нелинейной акустики были разработаны Дж. В.Релеем. Дальнейшее исследование ультразвуковых колебаний стало возможным после открытия эффекта магнетострикции (Дж. П.Джоулем) и пьезоэлектричества (П. Кюри).
Источниками ультразвуковых колебаний, используемых при обработке, служат газ и гидроструйные излучатели, динамические сирены, электромеханические, пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи.
Технологии обработки на базе ультразвука
С помощью ультразвука осуществляют следующие технологические операции (список не является исчерпывающим).
Ультразвуковые технологии (или фрезерная, сверлильная, токарная и шлифовальная обработка с применением ультразвуковых технологий).
Ультразвуковые технологии находят широкое применение в современной обрабатывающей промышленности, обеспечивают высокую производительность при производстве деталей сложной формы из труднообрабатываемых высокотехнологичных материалов, таких как керамика, стекло, корунд, твердые сплавы, а также композитные материалы, позволяют совмещать ультразвуковую и фрезерную обработку сплавов, трудно поддающихся обработке резанием, а также обработку материалов, армированных стекловолокном, режущим инструментом с определенной геометрией режущей кромки. Достигается увеличение скорости и величины подачи, продление срока службы инструмента или обеспечиваются превосходные показатели шероховатости поверхности до Ra
- Высокопроизводительная шлифовальная, фрезерная и сверлильная обработка твердых и хрупких, а также труднообрабатываемых современных материалов
- Усилия при обработке снижены до 40 %, что обеспечивает высокую производительность, качество поверхности, точность и увеличение срока службы инструмента
Можно выделить несколько крупных производителей оборудования и оснастки с применением ультразвуковых технологий:
Обычно ультразвуковые технологии относят к специальным станкам, на которых применяются различные абразивные инструменты (в частности и алмазные) и специальные вспомогательные средства (оснастку, приспособления, электронные системы преобразования и контроля и т.д)
Наряду с этим производятся и отдельные системы для обычных металлообрабатывающих станков. К примеру, применение продукции Acoustech на обычном фрезерном обрабатывающем центре позволяет увеличить производительность обработки стандартным металлорежущим инструментом (сверла, фрезы) различных труднообрабатываемых материалов (титановых, жаропрочных сплавов, нержавеющих сталей и т.д.)
Acoustech подает вибрации на инструмент с частотой от 20 до 60 килогерц, амплитуда которых достигает 5-10 микрон.
Подобный эффект происходит с концевыми фрезами. Поскольку технология многократно ослабляет сцепление материала с режущей кромкой, становится меньше трение на поверхности инструмента. Разница была измерена в тестовых срезах, и некоторые из измеренных улучшений производительности были существенными. В одном испытании, включающем сверление отверстий в нержавеющей стали 316, сила резания, измеренная с помощью Acoustech, оставалась меньше, чем у стандартного, самостоятельного резания, даже после увеличения скорости подачи для ультразвукового резания. При включенной системе Acoustech скорость подачи может быть увеличена вдвое , а измеренное усилие резания по-прежнему на 13 процентов меньше, чем было измерено для более медленного стандартного прохода сверления. По словам EWI, ультразвук также улучшил измеренную чистоту поверхности отверстия на 12-15 процентов.
В процессе фрезерования с участием концевой фрезы, с большим вылетом режущей части, инструмент отклонялся во время стандартного бокового фрезерования, что создавало недопустимую конусность детали. Когда процесс был запущен в тех же условиях с использованием системы Acoustech, измеренное усилие резания уменьшилось на 62 процента . Эта меньшая сила была достаточно слабой, чтобы инструмент не мог заметно изгибаться, что позволяло ему фрезеровать площадь поверхности не создавая дополнительных геометрических погрешностей.
Это сокращение силы резания обеспечивает ряд потенциальных преимуществ, отмечает г-н Шорт. В дополнение к потенциальному улучшению скорости подачи, срока службы инструмента и точности, меньшее усилие резания также означает снижение энергопотребления.
Учитель 1 квалификационной категории: Овчинникова Н.В.
Предмет: Технология, 8 класс
Дата: 18.10.2021 г.
Учебник (УМК): Технология 8 класс под ред. В.М. Казакевича
Тип урока: Получение новых знаний
Цель: изучение специфики технологий обработки материалов, основанных на научных открытиях ультразвуковых волн, электрохимических реакций, электрического луча, теплового луча.
Задачи:
– познакомиться с особенностями электроискровой, электрохимической, ультразвуковой, лазерной, лучевой обработки материалов.
– определить области применения современных технологий в обработке материалов.
Планируемые результаты обучения :
личностные:
– развитие когнитивных способностей;
– формирование алгоритмов структурирования содержания материала;
предметные:
– опыт работы с технической документацией, чертежами, схемами, таблицами;
– нахождение междисциплинарных связей с химией, физикой.
метапредметные:
– познавательные УУД: умение анализировать, прогнозировать, выделять главную мысль, устанавливать связи между объектами, находить и предъявлять необходимую информацию;
– регулятивные УУД : умение осмысливать свой опыт и давать личностную оценку проживаемому опыту, само- и взаимоконтроль, саморегуляция ; анализ своих поступков и происходящих событий, осознание своего отношения к миру; умение интерпретировать информацию в разные формы;
– коммуникативные УУД : умение работать с визуальной и аудиоинформацией, работать в группах, вести диалог с учителем и одноклассниками.
Технологии и методы обучения :
Информационно-коммуникативные технологии (ИКТ).
Технология нейролингвистического программирования (НЛП).
Оборудование : компьютер, фигурные шаблоны из фетра и дерева, индивидуальные информационные карты, картинки-подсказки, аудиоматериал.
Читайте также: