Устройство для ультразвуковой обработки

,л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения(56) физические основы ультразвуковой технологии. Под ред. Л. Д. Розенберга. М.; Наука, 1970, с. 230;Авторское свидетельство СССР М 716624, кл. В 06 В 1/00, 1977.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ(57) Изобретение относится к:ультразвуковой обработке, Целью изобретения является интенсификация процесса обработки,2Устройство содержит рабочую камеру, выполненную в виде цилиндра,1, соединенную с волноводом 3 посредством двух выступов 4, образующих с касательной к цилиндру 1 в точке соединения угол 15-60Расстояние между выступами 4 определяется длиной дуги по среднемудиаметр авщцдра 1 по формуле Н= жд/с 13 Е/р (1-д 3, где Н - длина дуги между выступами 4; д - толщина стенок цилиндра 1; с - скорость продольной ультразвуковой волны в материале стенки цилиндра 1; Е - модуль упругости; д - коэффициент Пуансона, а высота выступов 4 рав- на 1/4 длийы дуги цилиндра между выступами при равенстве изгибной жесткости стенки цилиндра 1 и выступов 4. 2 ил.ЯИзобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к очистке деталей,диспергированию материалов, снятию заусениц, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других 5отраслях промышленности,Известнь 1 ультразвуковые устройства,работающие с использованием колебанийрадиально-изгибного типа. Они состоят израбочей камеры, выполненной в виде полого цилиндра (трубы) и ультразвуковых маг-.нитострикцианных вибраторов,расположенных по периметру рабочей камеры, перпендикулярно к ее поверхности.Цилиндр рабочей камеры выполняется акустически настроенным на частоту вибраторав и при их работе возбуждается. создаваярадиально-изгибные колебания той же частоты. Указанные устройства более перспективны, чем известные кольцевые 20преобразователи (типа ЦМС; ЦМС), работаащие с использованием радиальныхколебаний, так как если в последних увеличение размеров (диаметра) рабочей камерыоднозначно связано с уменьшением частоты колебаний, то в устройстве с радиальноизгибными колебаниями диаметр рабочейкамеры может выполняться самых различных размеров (на одной и той же частотеколебаний), в там числе и с неограниченно ЗОбольшими диаметрами, Однако устройствас радиально-изгибными колебаниями имеют недостатки, мешающие их широкомуприменению, а именно; сложностьтехнологии изготовления, так как вибратары можно 35соединить с рабочей камерой только ручнойпайкой; неремантопригодность; при охлаждении вибратаров водой, также омывается и.наружная стенка рабочей камеры, чта приводит к нерациональному отбору ультраэвукавой энергии, подвадимай к рабочейкамере.Известно также ультразвуковое устройство для обработки жидких продуктов, рабочая камера которого возбуждается 45акустическим валноводом, соединенным сней выходным торцам, а входным торцом систочником колебаний - ультразвуковыммагнитастрикционным преобразователем.Данная конструкция технологична в изготавлении.Недостатком ее является.то, что в нейограничен подвод ультразвуковой энергииат преобразователя к рабочей камере, таккак передача осуществляется через одно соединение. Это является фактором,снижающим интенсивность ультразвукового поля врабочем объеме камеры. Вследствие ограниченного подвода ультразвуковой энергииустройство чувствительно к изменению на где д - толщина стенки цилиндрЕ - модуль упругостид - коэффициент Пуассона;с - скорость звуковой волны;р- плотность материала цилиндра,а высота выступов у волновада определяется как - Н при равенстве изгибных жестко 1стей стенки камеры и выступов.При соединении выступов под углом кповерхности стенок создаются лучшие условия возбуждения в камере изгибных колебаний, а крепление волновода.к камере в двухместах позволяет как увеличить величинупередаваемой ультразвуковой энергии, такполучить стабильные колебания, поддерживаемые в устройстве в процессе работы. Последнее достигаетея точностью размера Н,откладываемого между выступами па среднему диаметру цилиндра,Приняв, что стенка цилиндра являетсябесконечной пластиной (так как отсутствуеткраевой эффект) толщиной б, используемдля расчета формулу а; Йб нЛ р(1-И Делая преобразования в Формуле(1), пал ыражение для определения величины Нгрузки, чта приводит к нестабильности частоты колебаний, появлению частоты другой моды колебаний в стенках камеры.Цель изобретения - интенсификация процесса обработки путем увеличения интенсивности ультразвукового поля в рабочем объеме камеры, повышение стабильности частоты колебаний в процессе работы при сохранении простой технологии изготовления,Указанная цель достигается тем, что, устройство содержит рабочую камеру, выполненную в виде полого цилиндра, и акустический волновод. установленный на рабочей камере перпендикулярно к ее поверхности, который, согласно изобретения, выполнен с двумя выступами, расположенными на его выходном торце симметрично оси валновода и соединенными с камерой6 по ее образующим под углом 15-60 к поверхности стенки камеры, а расстояние между осями выступов Н, измеренное по средней линии цилиндра рабочей камеры, определяется по формулеб Н =с 6Необходимо отметить, что выступы волновода, соединяясь с изгибно колеблющейсястенкой рабочей камеры, также совершаютизгибные колебания, и для того, чтобы ихреакция на колебания стенок была равнанулю, изгибные жесткости стенки и выступов должны быть равными, а высота выступов должна быть равна длины изгибнойволны, т,е, Н.На фиг. 1 изображено устройство безверхней и нижней крышки, вид сверху; на. фиг. 2- тоже, в собранном виде, вид сбоку.Устройство состоит из полой цилиндрической камеры 1, внутренняя полость 2 которой образует, зону обработки сопределенным рабочим объемом, и акустического волновода 3, прикрепленного кстенкам камеры через выступы 4, выполненные на его выходном торце, симметричнооси волновода 3. Входной торец волновода3 соединен с, трансформатором 5 упругихколебаний магнитострикционного преобразователя 6.Рабочий объем, камеры 1 ограничивается верхней крышкой 7., в которой имеетсяотверстие для загрузки обрабатываемых деталей, и нижней крышкой 8, закрепленныхна камере с помощью стягивающих их соединительных стержней 9 с резьбой.Отверстие в верхней крышке 7 герметично закрывается крышкой 10. Для подачив камеру сжатого воздуха на нижней крышке расположен штуцер 11, Сброс избыточного давления газа после обработкипроизводится через клапан 12.Мгновенное значение амплитуды колебаний стенок цилиндра камеры показано нафиг. 1 пунктирной линией,Устройство работает следующим образом.В рабочий обьем 2 камеры 1 предварительно заполненный моющим раствором,помещают детали, подлежащие ультразвуковой обработке, Затем рабочую камеру закрывают крышкой 10, поворотом ручки 13добиваются герметичного уплотнения между крышками 8 и 10. После этого, черезштуцер 11 в камеру подается сжатый воздухи в рабочем объеме создается избыточноедавление, которое оказывает положительное влияние на процесс обработки деталейс воздействием ультразвука, Для созданияв стенках камеры радиально-изгибных колебаний на преобразователь 6 от источникапитания - ультразвукового генератора (непоказан) подается электрическое напряжение ультразвуковой частоты. Возникающие5 при этом на преобразователе 6 продольныеколебания, через трансформатор упругихколебаний 5, волновод 3 и выступы 4 передаются на рабочую камеру 1 и трансформируются на ее стенках в радиально-изгибные,10 При этом в объеме камеры 1 создается интенсивное звуковое поле и происходит качественная обработка деталей. По окончаниипроцесса выключается источник питания,открывается клапан 12 сбросаи стравлива 15 ется избыточное давление, затем поворо том ручки 13 открывается крышка 10 .иобработанные детали извлекаются из рабочего объема 2 камеры 1, Процесс закончен.Формула изобретения20 Устройство для ультразвуковой обработки, содержащее рабочую камеру, выполненную в виде полого цилиндра, иволновод, продольная ось которого расположена в одной из диаметральных плоско 25 стей цилиндра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью интенсификации процесса обработки, полый цилиндр соединен с волноводомпосредством двух, выступов, выполненныхна торцовой поверхности волновода сим 30 метрично его оси и образующих с касательными к внешней поверхности цилиндра вместе соединения с вь 1 ступами угол 15-60.,причем расстояние между выступами определяется из условиянщ - ""Ес 3где Н - длина дуги по среднему диаметруцилиндра между выступами;40 б - толщина стенки цилиндра;с- скорость продольной ультразвуковой волны в материале стенки цилиндра;.Е - модуль упругости материала стенкицилиндра;45 д - плотность материала стенки цилиндра,р - коэффициент Пуансона материаластенки цилиндра,а высота выступов выбирается равной 1/450 длины дуги по среднему диаметру цилиндрамежду выступами при равенстве изгибнойжесткости стенки цилиндра и выступов.1747186 г.г илюкова Корре а итев каз 2458 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5 НТ СС Мс ецф ъфФЬ ставитель В.Гинихред М.Моргентал зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10