Ванна для ультразвуковой обработки деталей в жидкой среде

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и позволяет интенсифицировать процесс ультразвуковой обработки изделий в ванне за счет сообщения рабочей жидкости дополнительных течений в объеме ванны. Для этого излучающие торцы каждого ультразвукового преобразователя снабжают полым насадком цилиндрической или конической формы со скосом на свободном торце под углом 30-60°. Насадки располагают так, что их плоскости симметрии в направлении от максимальной к минимальной длине образующей их поверхности образуют многоугольник, а при установке в ванне нескольких групп преобразователей их ось симметрии располагают в центре ванны или в центре каждой группы преобразователей, и направление плоскостей симметрии насадков в каждой из соседних пар групп преобразователей выбирают противоположным. 2 з.п. ф-лы, 20 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЩКЯ36И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 l) 4418097/40-1? (22) 27.04.88 (46) 15.05,90. Бюл, № 18 (72) A. Г. Сучков (53) 621.7.022.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 578!27, кл. В 08 В 3/12, 1976. (54) BAHHA ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ (57) Изобретение относится к ультразвуковой технике и позволяет интенсифицировать процесс ультразвуковой обработки изделий в ванне за счет сообщения рабочей жидкости дополнительных течений в объеме

„„SU„„1563787 А 1 (51) 5 В 08 В 3/12, В 06 В 3/02

2 ванны. Для этого излучающие торцы каждого ультразвукового преобразователя снабжают полым насадком цилиндрической или конической формы со скосом на свободном торце под углом 30 — 60 . Насадки располагают так, что их плоскости симметрии в направлении от максимальной к минимальной длине образующей их поверхности образуют многоугольник, а при установке в ванне нескольких групп преобразователей их ось симметрии располагают в центре ванны или в центре каждой группы преобразователей, и направление плоскостей симметрии насадков в каждой из соседних пар групп преобразователей выбирают противоположным. 2 з. и. ф-лы., 20 ил.

1563787

Изобретение относится к ультразвуковой (далее УЗ) технике, преимущественно к УЗ очистке, и может быть использовано в различных технологических процессах, осуществляемых в жидкой рабочей среде, например при очистке мелкогабаритных отливок, удалении заусенцев или закалке.

Целью изобретения является интенсификация процесса обработки деталей.

На фиг. 1 — 2 изображена предлагаемая ванна, общий вид; на фиг. 3 — 8 — активирующие насадки (варианты); на фиг. 9 — 17 расположение насадок (варианты); на фиг.

18 — 20 — группы УЗ преобразователей.

Ниже приводятся примеры конкретного выполнения описываемой ванны.

Корпус ванны (фиг. 1 и 2) образован дном 1, выполненным в виде диска, и стенкой 2, имеющей форму полого цилиндра. Ванна оснащена одной группой УЗ пьезокерамических преобразователей 3, которые посредством цилиндрических волноводов 4 закреплены в дне ванны. УЗ преобразователи установлены так, что в центре и в каждой вершине правильного шестиугольника (на фиг. 1 показан пунктиром), радиус описанной окружности (показана пунктиром) которого крате н нечетному числу четвертей длины волны поперечных УЗ колебаний, возбуждаемых в дне ванны, находится один из их группы, а излучающий торец волновода 4 расположен над дном ванны.

Каждый УЗ преобразователь, установленный в вершине упомянутого шестиугольника, снабжен активирующей насадкой 5, которая жестко закреплена на волноводе 4 в районе его излучающего торца и выполнена (фиг. 3) в виде полого цилиндра.

Один из торцов активирующей насадки (верхний относительно торца волновода) выполнен с прямолинейным скосом под углом 45, а толщина ее стенки составляет 0,05 величины диаметра излучающего торца волновода, который равен 30 мм. При этом активирующие насадки 5, идентичные между собой по форме и габаритным размерам, расположены так, что их скошенные торцы ориентированы в одном направлении по окружности (в направлении движения часовой стрелки), а плоскость симметрии (на фиг. 1 обозначена прямой AAi) любой из них с плоскостью, в которой лежат оси симметрии центрального волновода и волновода, на котором эта активирующая насадка установлена (на фиг. 1 обозначена прямой ББ ), образует угол (а) величиной 45 .

Работа на ва нне осуществляется следующим образом.

После заполнения ванны рабочей жидкостью (не показана) и включения УЗ генератора (не показан), к которому подключены УЗ преобразователи 3, деталь или

55 группу деталей (не показаны), подлежащих

УЗ обработке, например очистке от остатков литейной формы, опускают в рабочую жидкость, располагая их по центру ванны, а затем по истечении требуемого времени извлекают их из ванны.

При возбуждении УЗ преобразователей

3 волноводы 4 начинают совершать продольные колебания с УЗ частотой, которые излучающим торцом волновода передаются рабочей среде, в результате чего в ней создается «кавитационное облако» и она получает вертикальную составляющую своего перемещения в ванне. При этом под воздействием продольных колебаний волноводов 4 активирующие насадки 5 также начинают совершать колебания с УЗ частотой, но изгибные, что обеспечивается соответствующей толщиной их стенки. В результате изгибных колебаний активирующих насадок «кавитационное облако» увеличивается в своих размерах, а рабочая среда получает горизонтальную составляющую своего перемещения в ванне, которая вследствие соответствующей ориентации скосов активирующих насадок и фокусирующего воздействия каждой из них на рабочую среду, являющегося следствием их формы, направлена (приложена) в одном (на фиг. 1 показано стрелками) общем для всех активирующих насадок направлении. Наличие в жидкой рабочей среде вертикальной и горизонтальной составляющих ее перемещения, создаваемых каждым УЗ преобразователем, установленным в вершине шестиугольника, приводит к тому, что она- закручивается и совершает ярко выраженное и достаточно мощное вращательное движение, которое и позволяет интенсифицировать процесс обработки деталей, препятствуя при этом осаждению технического шлама на дно ванны, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на трудоемкости ее обслуживания.

К другим примерам реализации описываемого технического решения следует отнести варианты выполнения активирующих насадок.

Скос активирующей насадки может быть не только прямолинейным (фиг. 3), íî v. радиусным (фиг. 4), что позволяет уменьшить ее лобовое сопротивление и тем самым повысить скорость вращения рабочей среды в ванне.

Активирующая насадка может быть выполнена в виде усеченного конуса (фиг. 5) с углом его раскрытия, не превышающим

45, что позволяет изменять величину угла результирующей продольных и изгибных колебаний, воздействующих на рабочую среду. Использование в конструкции ванны одновременно цилиндрических и конических активирующих насадок, установленных с определенным их чередованием, представляется наиболее целесообразнь м, так как при этом результирующие про1563787 дольных и изгибных колебаний у одной части волноводов будут иметь угол наклона, отличающийся от угла наклона результирующей колебаний другой группы волноводов, что благоприятно скажется на продолжительности процесса обработки деталей.

Активирующая насадка может быть выполнена и с двумя скосами (фиг. 6 — 13;, что является оптимальным, так как увеличивается ее поверхность, ".îâåðøàþùàÿ изгибные колебания и, следовзгельно, в значительной степени интенсифицируется процесс обработки деталей. -При этом скосы в активирующей насадке могут быть выполнены под одинаковыми (фиг. 6) или разными (фиг. 7 и 8) углами. Причем сама активирующая насадка в этом случае может иметь не только цилиндрическую (фиг. 6 и 7) или коническую (фиг. 8) форму, но может сочетать в себе конус и цилиндр (фиг. 9) или же может быть выполнена в виде двух усеченных конусов (фиг. 10), обращенных друг к другу своими вершинами.

При выполнении активирующей насадки с двумя скосами следует исходить из того, что наибольший эффект обработки достигается в том случае, когда эти скосы (фиг. 6 — 10) имеют одинаковую направленность и одну общую для каждого из них плоскость симметрии. Однако в ряде технологических процессов может оказаться целесообразным использование активирующих насадок с разнонаправленными скосами, которые имеют при этом общую для них плоскость симметрии (фиг. 1 плоскости скосов параллельны между собой) или же две разные (фиг. 12 — плоскости скосов не параллельны между собой) плоскости симметрии, в результате чего рабочая среда, находящаяся над излучающи ми торца ми вол новодов, будет подвергаться фокусирующему воздействию активирующих насадок в одном, а рабочая среда, находящаяся под излучающими торцами волноводов, — в другом направлении.

Вариант крепления активирующей насадки на волноводе УЗ преобразователя зависит от формы и размеров свободного, т. е. излучающего, конца волновода.

Наиболее целесообразным с точки зрения создания акустического контакта представляется метод горячей посадки активирующей насадки на волноводе (фиг. 3 — 10), но вместе с этим можно использовать и их рсзьбовое соединение (фиг. 1 и 12), которое может быть как соосным (фиг. 1), так и несоосным (фиг. 12) . Несоосное соединение активирующей насадки и волновода, которое может быть реализовано и в случае горячей посадки, способствует возбуждению в активирующей насадке изгибных колебаний и поэтому представляется более целесобразны м.

Наиболее удобным местом для расположения активирующей насадки на волноводе является свободный конец последнего (фиг. 3 в 12), однако в ряде случаев активирующая насадка может быть закреплена (фиг. 13) и на другом (любом) участке боковой поверхности волновода.

При всем многообразии возможных вариантов активирующих насадок к ним предъявляется два требования, несоблюдение которых снижает интенсивность процесса обработки деталей.

Первое относится к толщине стенки активирующей насадки. Если одна будет иметь толщину, превышающую 0,15D, где D диаметр излучающего конца волновода, то в ней невозможно будет возбудить из1 гибные колебания УЗ частоты и, следовательноо, поста вле н на я задача не будет решена. Выполнение же стенки активирующей насадки с толщиной меньше 0,03 D резко снижает ее механическую прочность и поэтому является нецелесообразным. Значения

20 заявленного предела с диаметром излучающего конца волновода взаимосвязаны обратной пропорциональной зависимостью.

Второе требование относится к величине скоса активирующей насадки. Если

25 он будет больше 60, то интенсивность изгибных колебаний активирующей насадки будет незначительна и не даст ожидаемого результата. Выполнение же скоса с величиной угла меньше 30", во-первых, не дает каких-либо преимуществ в части интенсив30 ности изгибных УЗ колебаний, достигаемой уже при скосе с углом в 25 — 30, а во-вторых, приводит к резкому увеличению высоты активирующей насадки и, следовательно, к уменьшению рабочего пространства ванны. Оптимальные размеры толщины стен35 ки и величины скоса активирующей насадки в значительной степени зависят как от конструкции ванны и ее размеров, так и от габаритных размеров и формы волновода УЗ преобразователя.

В предложенной ванне (в случае ее оснащения одной группой из семи УЗ преобразователей) наибольший эффект независимо от формы стенок ванны достигается тогда, когда активирующие насадки

paciioложены так, что их скошенные торцы

4 ориентированы в одном направлении, в частности (фи г. 14 — 16) 10 о кру ж ности. Достижению наибольшего эффекта способствует и то, что каждая актиьирующая насадка расположена так, что ее плоскость симметрии (фиг. 1 — обозначена прямо" AA;)

5Q с плоскостью, в которой лежат оси симметрии центрального волновода и волновода. на котором эта активирующая насадка установлена (на фиг. 1 обозначена прямой

ББ ), образует угол (я), величина которого (фиг. 14 — 16) составляет не менее 30 . От ступление от указанной ориентации активирующих насадок приводит к уменьшению мощности потока рабочей среды, т. е. к снижению интенсивности процесса обработки

1563787 деталей, и поэтому является нецелесообразным.

В случае оснащения ванны несколькими группами УЗ преобразователей и при расположении их на дне ванны (фиг. 17 — 19) активирующие насадки в зависимости от формы ванны могут быть ориентированы для создания над каждой из групп УЗ преобразователей индивидуального потока рабочей среды, вращающегося вокруг центрального волновода (фиг. 1), или >ке потока рабочей среды, вращающегося вокруг центра дна ванны, для чего скосы активирующих насадок одной группы УЗ преобразователей (фиг. 18 и 19) ориентируют в одну сторону.

При оснащении ванны несколькими группа ми УЗ преобразователей и расположении этих групп на дне и на стенках ва нны (фиг. 20) а кти вирующие насадки целесообразнее всего ориентировать так, чтобы рабочая среда вращалась вокруг центрального полновода, установленного в дне ванны.

Формула изобретения

1. Ванна для ультразвуковой обработки деталей в жидкой среде, включающая по меньшей мере одну группу ультразвуковых преобразователей, закрепленных в дне ванны или на ее стенках и установленных так, что в вершинах правильного многоугольника и в его центре находится один преобразователь, а излучающий торец волновода каждого ультразвукового преобразователя расположен над дном ванны, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса обработки деталей, излучающий торец каждого ультразвукового преобразователя снабжен полым насадком цилиндрической или конической формы со скосом на свободном торце под углом 30 — 60 и насадки расположены так, 15 что их плоскости симметрии в направлении от максимальной к минимальной длине образующей их поверхности между пре образователями образуют многоугольник.

2. Ванна по п. 1, отличающаяся тем, что ось симметрии расположения насадков

2О в ванне выбирают в ее центре.

3. Ванна по п. 1, отличающаяся тем, что ось симметрии расположения насадков в каждой группе выбирают в центре этой группы преобразователей, а направления

25 плоскостей симметрии насадков в каждой из соседни х пар групп преобра зователей выбирают противоположным.

1563787 фут. 4 ф1/Г 7

Фиг 71

CClu2 лУ

1563787!

563787

1563787

Составитель H. Датько

Редактор А. Маковская Техред И. Верее Корректор Л. Бескид

Заказ 1! 19 Тираж 509 Поди ис ное

БНИИГ1И Государственного комитета но изобретсаиям и открытиям при ГКНТ ГГСР

1! 3035, Москва, уК вЂ” 35, Ра1 инская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «11атс нт>;, I . Ужгород, ул. Гагарина, 101