Устройство для ультразвуковой обработки материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 36629 А ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫ ГИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬ К АВТОРСКО е бюро теом,лик. 1978 ВО овая обраных компаизводство оцессов в енности, в изгибной волны, 1 ил Извполимер держа щ полый ко чем на в ра выпо(56) Авторское свидетельство ССМ 455122, кл. С 08 Р 1/26. 1973.Авторское свидетельство СССМ 592464, кл. В 06 В 1/06, 1976,Заявка ЯпонииМ 53-40179, кл. В 23 К 1/06, опуб(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ(57) Использование: ультразвукботка материалов типа эпоксидундов, заливочным масс, Про радиодеталеи, проведениеэлектротехнической промыш Изобретение относится к уль; ззвуковой технике, а именно к устройствам для ультразвуковой обработки эпоксидных компаундов, заливочных масс и композиций, и может быть использовано в производстве радиодеталей, например при герметизации конденсаторов, а. также в электротехнической и приборостроительной промышленности,стно устройство для ультразвуковой изации эпоксидного компаунда, сое ультразвуковой преобразователь, нцентратор и источник питания, приутренней поверхности концентратонены выступы в виде резьбы, а на(51 у В 06 В 1/00. В 29 В 13/О приборостроении. Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь, резонансный волновод и резонирующий инструмент, соединенный с волноводом через промежуточный элемент, Последний выполнен в виде двухступенчатого стержня и насадки с камерой охлаждения и с разнонаправленными двухступенчатыми дополнительными волноводами. Насадка размещена на ступени меньшего сечения стержня. Он ступенью большего сечения прикреплен к резонирующему инструменту, а ступенью меньшего сечения - к резонансному волноводу. Стержни имеют сквозные каналы, сообщенные с камерой охлаждения насадки. Соотношение диаметров ступеней дополнительных волноводов не менее 1:5, Длина ступени меньшего сечение этих волноводов равна (2 п+1) д, где и - целое число, а А - длина выходном торце концентратора размещена Од диафрагма с калиброванным отверстием, 0В укаэанном устройстве при протека- с нии компаунда по выступам внутренней поверхности концентратора происходит его перемешивание вследствие появления дополнительных составляющих колебаний. Обработанный компаунд проходит через ка- фф либрованное отверстие диафрагмы с.определенной скоростью, которая определяетсяего вязкостью, массой и амплитудой колебаний, и заполняет изготавливаемые изделия. Полученная компаундом энергия механических колебаний позволяет ускорить процесс полимериэации, в связи с чем сокращается время дополнительного нагрева изделий.10 15 20 Однако данное устройство не обеспечивает высокой производительности процесса и требуемого качества обработки компаунда,С целью исключения самопроизвольного вытекания компаунда из калиброванного отверстия диафрагмы в момент между за-. ливками, диаметр отверстия диафрагмы очень мал. Это приводит к тому, что время заливки (дозирования) компаундом изделия будет велико и будет зависеть от чистоты стенок отверстия,Производительность устройства и время обработки компаунда также ограничены конкретной мощностью акустической системы и ее конструктивными размерами преобразователя и концентратора, Для увеличения интенсивности обработки необходимо увеличивать мощность ультразвуковых колебаний и время обработки или уменьшать сечение полости концентратора, что также приведет к снижению производительности устройства. С другой стороны увеличение интенсивности вводимых колебаний приведет к тому, что в слое компаунда, прилегающем к излучающей поверхности концентратора, температура резко увеличится, а вязкость уменьшится, и в слое возникнет кавитация. Вследствие этого и вследствие плохой теплопроводности компаунда удаленные слои компаунда не будут подвергаться воздействию ультразвуковых колебаний, что приведет к неравномерности обработки компаунда и ухудшению его качества.Известно также ультразвуковое устройство для нанесения адгезионных масс, содержащее преобразователь, концентратор, сосуд с наносимой массой, снабженный термостатирующим средством и крышкой, и формующий инстумент, при этом сосуд прикреплен к торцу преобразователя и соединен с формующим инструментом каналом, проходящим через преобразователь и концентратор,Данное устройство за счет наличия термостатирующего средства позволяет осуществлять регулирование температуры находящегося в сосуде компаунда (адгезионной массы) перед подачей его в канал и во время прохождения по каналу. Это позволяет обеспечить равномерность обработки компаунда и, следовательно, повысить качество покрытия по сравнению с приведенным устройством,Однако регулирование температуры компаунда в основной зоне его обработки, т.е. в концентраторе и формующем инструменте, данное устройство не обеспечивает, что снижает качество обработки компаунда,Кроме того, большое время заливки, ограниченная скорость заливки, определяе 25 30 35 40 45 50 55 мая допустимыми размерами канала и малым отверстием в инструменте, снижает производительность обработки, Сокращение активного рабочего объема концентратора из-за наличия специального каната .в виде трубки и наличие сосуда на втором торце преобразователя ухудшает КПД всей акустической системы из-за потерь колебательной энергии в зонах соединения отдельных элементов, стенках сосуда и из-за наличия дополнительной массы,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ультразвуковой обработки материала, содержащее преобразователь, резонансный волновод, резонирующий инстру-. мент в виде горизонтально расположенной трубки, соединенной с волноводом через промежуточный волноводный элемент в виде вертикально прикрепленного к,торцу волно вода и трубки листа, при этом нижняя часть листа и трубка помещены в ванну с расплавленным материалом-припоем.В данном устройстве передача ультразвуковых колебаний в жидкую среду (в данном случае припой) осуществляется через резонирующую трубку в момент ее возбуждения на резонансной частоте, что существенно увеличивает производительность устройства, При пропускании компаунда через такую резонирующую трубку можно получить устройство для ультразвуковой об.- работки компаунда с большой производительностью,В указанном устройстве промежуточный элемент, выполненный в виде тонкого листа, вследствие нагревания его припоем и рассеивания на нем энергии колебаний, не обеспечивает эффективной передачи ультразвуковых колебаний обрабатываемой среде и, следовательно, не сможет обеспечить требуемой интенсивности вводимых в обрабатываемый компаунд колебаний, так как вязкость компаунда значительно больше вязкости расплавленного припоя. С другой стороны введение в компаунд интенсивных колебаний будет вызывать его нагрев, перегрев промежуточного элемента и. следовательно, акустическую кавитацию у стенок рабочей камеры - трубки, обуславливающую снижение качества обработки компаунда и возможности самопроизвольной его полимеризации,Кроме того, данная конструкция не предусматривает использование сменных резонирующих инструментов для заливки различных по объему изделий различными компаундами,Целью изобретения является повышение качества обработки материала типа компаунда и сокращение сроков его пол10 15 20 25 30 40 55 имеризации типа компаунда и сокращение сроков его полимеризации. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой обработки материалов, содержащем преобразователь, резонансный волновод и резонирующий инструмент, соединенный с волноводом через съемный прбмежуточный элемент, промежуточный элемент выполнен в виде части резонансного волновода, содержащей двухступенчатый стержень и насадку, выполненную с камерой охлаждения и с двумя разнонаправленными дополнительными двухступенчатыми стержневыми волноводами, в которых образованы сквозные каналы охлаждения, сообщенные с камерой насадки, и размещенную на ступени меньшего сечения двухступенчатого стержня, который ступенью большего сечения прикреплен к резонирующему инструменту, а ступенью меньшего сечения соединен с остальной частью резонансного волновода, при этом длина ступени меньшего сечения дополнительных вол новодов задана (2 п) А /4, где и = 1, 2, 3- любое целое число; А - длина изгибной волны в дополнительных волноводах на частоте преобразователя и резонансного волновода, а соотношение диаметров ступеней меньшего и большего сечения этих волноводов выбрано не менее 1:5.Выполнение промежуточного элемента в виде части резонансного волновода, содержащей насадку с двумя разнонаправленными дополнительными двухступенчатыми волноводами со сквозными каналами, сообщенны ми с камерой насадки, позволяет вести в компаунд интенсивные колебания и при этом осуществить охлаждение промежуточного элемента и контактирующего с ним резонирующего инструмента. Охлаждение промежуточного элемента позволяет устранить превышениедопустимой температуры компаунда в процессе его озвучивания, Регулирование с помощью температуры акустических кавитационных процессов у стенок резонирующего инстру мента способствует повышению качества обработки компаунда и сокращению сроков его полимеризации, Заданные длина ступени меньшего сечения дополнительных волноводов (2 и+1) А/4 и соотношение диаметров их 50 ступеней не менее 1;5 обеспечивают работу этих волноводов в резонанс с основной волноводной системой без влияния присоединенных устройств для подачи охлаждающей жидкости в скозные каналы дополнительных волноводов и камеру насадки, что также исключает дополнительные потери акустической энергии и не снижает интенсивность вводимых в компаунд колебаний. На чертеже схематично представленоустройство с сечением промежуточного элемента и эпюрами распределения ультразвуковых колебаний вдоль оси дополнительныхволноводов насадки при и - 3 и вдоль осирезонансного(основного) волновода при и = 1,Устройство для ультразвуковой обработки материалов компаундов. содержитпреобразователь 1, к которому жестко при-,креплен резонансный волновод 2 и сьемныйрезонирующий инструмент 3, например, в. виде трубки, соединенный с волноводом 2через промежуточный элемент, который выполнен в виде части резонансного волновода2, содержащей двухступенчатый стержень ицилиндрическую насадку 4, выполненную какодно целое с камерой охлаждения и с двумядополнительными разнонаправленными двуступенчатыми волноводами со ступенями 5 и6. В теле цилиндрической насадки 4 образована кольцевая камера.7 охлаждения, а вдополнительных волноводах - сквозные каналы8 охлаждения. сообщенные с кольцевой камерой 7 насадки 4, Насадка 4 размещена наступени 9 меньшего сечения двухступенчатогостержня, который выходным торцом ступени10 большего сечения прикреплен, например,припаян, к резонирующему инструменту 3, авходным торцом ступени 9 меньшего сеченияввернут в остальную часть резонансного волновода 2 так, что насадка 4 плотно поджата квыходному торцу сечения стержня,При этом резонансная длина волноводарез определена условием: рез = 1+ н+ с ==и А/2, где 1 - волновая длина части волновода 2 без насадки 4;- волновая длинанасадки 4; с - волновая длина ступени 10большего сечения; А - длина продольнойволны на резонансной частоте резонирующего инструмента 3 и преобразователя 1;и = 1, 2, 3 - любое целое число;Кольцевая камера 7 насадки 4 можетбыть также образована специальным кожухом или трубкой, закрепленной по ее наружной поверхности. С целью улучшениятеплопередачи на внутренней поверхностикольцевой камеры 7 выполнены ребра 11,направленные поперек оси насадки 4,С целью обеспечения акустической развязки всего устройства от присоединения кней устройств для подачи .и охлажденияжидкости, резонансная длина 1, стержневых волноводов 5 задана равной(2 п+1)А /4,где и = 1, 2, 3- любое целое число; А - длинаизгибной волны в стержневом волноводе 5на частоте преобразователя 1, например,при и = 3, 1 = 7 Я/4. (см. чертеж), а соотношение диаметров О 1 и 02 ступеней меньшегои большего сечений волноводов 5 составля5 10 15 20 25 30 35 зации в 5-10 раз 40 45 50 55 ет не менее 1:5. При этом длина ступени 12 большего сечения 6 волноводов 5 задана не менее его диаметра 02.Стержень промежуточного элемента выполнен из материала волновода 2 или резонирующего инструмента 3, например из стали, латуни, и т,д а насадка 4 - из металла с хорошей теплопроводностью; например из дюрали.Устройство для ультразвуковой обработки материалов работает следующим образом,Упругие механические колебания от ультразвукового преобразователя 1 через волновод 2, стержень со ступенями 9 и 10 и цилиндрическую насадку 4 передаются резонирующему инструменту 3. Механические колебания, возбуждаемые в стенках резонирующего инструмента 3, передаются пропускаемому через него компаунду. При этом за счет подбора переменной длины 1 н насадки 4 промежуточного элемента добиваются равенства частоты колебаний преобразователя 1 с резонансным волноводом 2, передаваемых резонирующему инструменту 3, его собственной резонансной частоте, а за счет жесткого присоединения ступени 10 большего сечения стержня к поверхности резонирующего инструмента 3 исключаются потери передаваемых. колебаний, При обработке компаунда ультразвуковыми колебаниями последний нагревается и нагревает резонирующий инструмент 3, а также двухступенчатый стержень и насадку 4 промежуточного элемента,С увеличением времени обработки компаунда температура его растет и может стать выше допустимой,.Для поддержания требуемой температуры компаунда периодически в кольцевую камеру 7 цилиндрической насадки 4 по сквозным каналам 8 дополнительных стержневых волноводовподают охлаждающую жидкость (например, масло, воду) с заданной температурой и скоростью. За.счет охлаждения массы цилиндрической насадки 4 через контактные поверхности ступени 10 большего сечения стержня с цилиндрической насадкой 4 и резонирующим инструментом 3 происходит охлаждение ступени 10 стенок резонирующего инструмента 3, что, в свою очередь, вызывает охлаждение находящегося внутри него компаунда, За счет наличия ребер 11 в кольцевой камере 7 увеличивается поверхность соприкосновения охладителя с поверхностью кольцевой камеры 7, что улучшает теплопередачу охлажденных поверхностей. В дополнительных волноводах насадки 4 при работе устройства через насадку 4 также постоянно возбуждаются упругие механические колебания, которые за счет заданного распределения волновых длин вдоль оси ступени 5 меньшего сечения дополнительного волновода обеспечивают поддержание, резонанса всей системы в случае подключения побочных устройств для подачи охлаждающей жидкости. При этом заданное соотношение диаметров 01 и 02 не менее 1:5 ступеней 5 и 6 дополнительных волноводов обеспечивает условие массы ступени большего сечения волноводов, При умень- . шении указанного соотношения диаметров 01 и 02 ступеней 5 и 6 волноводов увеличивается паразитное рассеивание энергии в дополнительных волноводах, Подбирая материал цилиндрической насадки 4 с различ- ными акустическими характеристиками и меняя ее сечение и длину, обеспечивают оптимальное согласование преобразователя 1 и волновода 2.с резонирующим инструментом 3.При выполнении стержня и насадки 4 из одного и того же материала большая ступень 10 стержня может быть выполнена совместно с цилиндрической насадкой при указанном условии1 рез = 11 + 1 н + 1 с = и А /2.. Таким образом, предлагаемое устройство для ультразвуковой обработки компаундов позволяет за счет обеспечения оптимального теплового и акустического режимов обработки компаунда повысить качество его обработки (дисперсность и гомогенность) и сократить сроки полимериКонструкция предлагаемого устройстводля профилактическое обследование, чистку, ремонт и в случае необходимости заменупреобразователя. Формула изобретения Устройство для ультразвуковой обработки материалов, содержащее преобразователь, резонансный волновод и резонирующий инструмент, соединенный с волноводом через сьемный промежуточный элемент, о т л.и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества обработки материала типа компаунда и сокращения сроков его полимеризации, промежуточный элемент. выполнен в виде части резонансноговолновода, образованной двухступенчатымстержнем и насадкой с камерой охлаждения и с двумя дополнительными двухступенчатыми стержневыми волноводами, в которых выполнены сквозные каналы охлаждения, сообщенные с камерой насадки, причем насадка размещена на ступени меньшего сечения двухступенчатого стержня, который1736629 10 Составитель Л.КольцоваРедактор Ю.Середа Техред М. Моргентал Корректор ожо Заказ 1851 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ступейью большего сечения прикреплен к резонирующему инструменту, а ступенью меньшего сечения соединен с остальной частью резонансного волновода, при этом соотношение диаметров ступеней меньшего и большего сечений этих волноводов выбрано не менее 1:5, а длина ступени меньшего сечения дополнительных волноводов равна (2 и+1 ф /4, где и = 1, 2, 3 - любое целое число, А -длина изгибной волны в дополнительных волноводах на частоте преобразо.- 5 вателя и резонансного волновода,