Particularitati, subansambluri specific acestor instalati de prelucrare cu ultrasunete

Particularitati, subansambluri specific acestor instalati de prelucrare cu ultrasunete

Utilizarea energiei ultrasonore in domeniu prelucrarilor specific mecanicii fine, se datoreaza proprietatilor deosebite ale undelor ultrasonic (cu frecventa mai mare de 19kHz), lungimea de unda mica, acceleratii foarte mari (de 105 ori mai mari decat acceleratia gravitational) ale particulelor aflate in camp ultrasonor, nu in ultimul rand dificultatilor de prelucrare prin procedee clasice a unor material.

La propagarea ultrasunetelor in medii solide si lichide se produc o serie de fenomene, care stau la baza utilizarilor tehnologice ale ultrasunetelor :

a)     Efectul de ,,inmuiere acustica", care se manifesta prin reducerea tensiunii statice necesare deformarii plastic a metalelor, coborand mult limit

b)     Efectul termin manifesta prin incalzirea in anumite zone - la limita de separatie a cristalelor - a unor materiale solide.

c)     Fenomenul de cavitatie acustica se datoreaza undelor de presiune si de depresie, care produc ,,ruperea"lichidului, in care se propaga, acolo unde fortele de coeziune dintre moleculele sunt mai mici avand ca efect aparitia bulelor de cavitatie ultrasonora.

d)     Efectul de ,,durificare acustica", consta in crestearea ternsiunii statice exterioare necesare deformarii plastice cat si in producerea unor modificari structurale odata cu intreruperea actiunii campului ultrasonor asupra materialului afectat.

e)     Efectul de reducere a frecarii de contact, apare in planul de separatie dintre scula si piesa si este rezultatul aplatizarii microasperitatilor si scoaterii lubrefiantului existent in microfisurile celor doua suprafete.

Domeniile de utilizare a energiei ultrasonice in scopuri tehnologice sunt foarte largi, realizandu-se operatii de gaurire (perforare) - taiere, sudare, curatire in bai de lichid in regim ultrasonor, imbunatatirea unor procedee clasice de prelucrare ca:strunjire, alezare, laminare, stantare si ambutisare, turnare, activarea sau amorsarea unor reactii chimice, cat si control nedistructiv si tratament in medicina.

Instalatiile de prelucrare cu ultrasunete (fig. 4.26) au in compunere o serie de subansambluri specifice si anume:

Fig. 4.26

Generatorul de frecventa ultrasonica (G) are rolul de a transforma curentul alternativ (50 Hz) in curent de inalta frecventa 19-40 kHz. In mod obisnuit acestea au o putere de iesire de 0,1 - 40kW, dar pot ajunge si la valori de 10 kW.

Transducatorul (transformatorul electroacustic T) realizeaza transformarea curentului electric de inalta frecventa in energie mecanica oscilatoare cu frecventa de 19 - 40 kHz si amplitudinea vibratiilor de 5 - 10 m.

Pentru uz tehnologic sunt utilizate transductoare magnetostrictive piezoelectrice si mai recent in ferite.

Constructia transductoare magnetostrictive se bazeaza pe proprietatea unor materiale feromagnetice, in fierul si nichelul de a-si modifica dimensiunile sub actiunea unui camp magnetic. Acest fenomen este insotit de o degajare de caldura, care afecteaza negativ procesul si frecventa de rezonanta, motiv pentru care se iau masuri speciale de racire.

Se folosesc ca materiale magnetostrictive nichel (Ni 100%), permendur (Co 49% + Fe 49% + Va 2%), alfer (Al 14% + Fe 86%), invar (Ni 36% + Fe 64%), pemalloy (Ni 40% + Fe 60%), supemalloy (Ni 66% + Fe 34%) si feritele (F38, F41, F42, F21), care reprezinta combinatii intre oxidul unui metal oarecare si oxidul de fier.

Transductoare magnetostrictive se realizeaza prin presare si sintetizarea pulberilor sub forma de bare (tuburi) (rar utilizate) sau din placi plane (tole) asamblate in pachete si izolate intre ele(fig. 4.27).

Fig 4.27

Functionarea transductoarelor piezoelectrice se bazeaza pe proprietatea unor cristale (naturale sau artificiale) de cuart, titanat de bariu, zirconat de plumb, tartrul de sodiu si potasiu (sarea Rochelle), s.a., de a-si modifica dimensiunile sub actiunea unor campuri electrice. Transductoarelor piezoelectrice se realizeaza in constructii tip sandwich (fig. 4.28,a), elementul piezoeletric (l) fiind placat cu doua piese marginale din materiale cu densitati si constante elastice diferite, una constituind placa de radiatie (2) si cealalta placa re reflexie (3). In vederea maririi amplitudinii vibratuilor se pot utiliza (fig. 4.28,b) sidoua elemente piezoelectrice (l) despartite de o placa nodala (4). Asamblarea acestora se face prin lipire tare, sudura sau cu suruburi.

Fig 4.28

Concentratorul ultrasonic (C) (fig.4.26) transimte energia ultrasonica (fig.4.28,b) de la tranductor (T) la scula (S) realizand in acelasi timp concentrarea si focalizarea energiei ultrasonice in zona de lucru si marirea amplitudinii vibratiilor de la 510 m pana la 25120 crescand astel si randamentul prelucrarii.

Concentratorul ultrasonic ca element de legatura intre transductor si scula are si rolul de a asigura un acord de impendanta acustica intre transductor si sarcina din spatiul de lucru.

Optiunea pentru o anumita forma a concentratorului trebuie sa realizeze un compromis intre cresterea amplitudinii de oscilatie si ecitarea valorii tensiunii mecanice maxime variabile care poate provoca ruperea prin oboseala.

Cele mai uzuale forme de concentratori sunt:

cilindric in trepte (fig.4.29, a) cu legea de viariatie a profilului

si cu un coeficient teoretic de amplificare a amplitudini

conica (fig.4.29,b) cu , unde si

exponentiala (fig.4.29,c) cu si

catenoidala (fig.4.29,d) cu si

in serie Fourier (fig.4.29,e)

combinata (fig.4.29,f)

in trepte (fig.4.29,g)

Fig.4.29

cu sectiune transversala dreptunghiulara variabila axial dupa o lege exponentiala (fig4.30);

cu suprafata exterioara cilindrica si cea interioara variabila axial dupa o lege exponentiala (fig. 4.29, i).

Din punct de vedere constructiv se impune ca lungime concetratorului sa fie egala cu un numar intreg de jumatati de lungime de unda ale vibratiilor produse de transducto. Deoarece acest calcul este aproximativ (neluand in considerare zona de dimensiunile exacte ale concentratorului se stabilesc in practica ca cale experimentala, punan conditia ca acesta sa lucreze in regim de rezpnanta.

Materiale utilizate pentru constructia concentratoarelor sunt otelurile rezistente la oboseala OLC 45, OSC 8, s.a.

Asamblarea concentratorului cu transductorul se face prinlipire sau prin insurubare (filet cu pas fin).