XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Ультразвуковой сверлильный станок
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
23
XV ЮБИЛЕЙНЫЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНКУРС НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ УЧАЩИХСЯ «СТАРТ В НАУКЕ»
Ультразвуковой сверлильный станок
Выполнил:
Ромасенко Денис Вадимович
Учащийся 8 «М» класса
Муниципального автономного общеобразовательного
учреждения
«Лицей № 97 г. Челябинска».
Руководитель:
Красавин Эдуард Михайлович
Педагог – организатор,
Муниципальное автономное общеобразовательное
учреждение «Лицей № 97 г. Челябинска».
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №1»,
г. Верхний Уфалей.
Руководитель Головного Сетевого Координационного центра программы «Шаг в будущее».
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...…………………..............3.
Цель и задачи работы…………………………………………………………………………………..……4.
Природа ультразвука……………………………………………………………………………………..….4.
Источники ультразвуковых колебаний………………………………………………………………..….5.
Схемотехника мощных генераторов ультразвуковых колебаний……………………………..……...6.
Ультразвуковая обработка твёрдых материалов……………………………………………..…………7.
Конструкция ультразвукового сверлильного станка…………………………………………..……….8.
1.Генератор ультразвуковых колебаний………………………………………………………..………...8.
2.Магнитострикционный преобразователь………………………………………………………..……..9.
Исследование режимов сверления/пробивания отверстий в твёрдых материалах на изготовленном оборудовании………………………………………………………………………….…..10.
Выводы……………………………………………………………………………………………………….11.
Список литературы и интернет – источников………………………………………………….………11.
Приложение……………………………………………………………………………………………...…I-X.
Ультразвуковой сверлильный станок
Введение
Применение ультразвуковых технологий находит все большее распространение в различных областях науки и технике. Примером этого является, применение ультразвука для высокоточной обработки отверстий в определённых материалах. Воздействие ультразвуковых колебаний на хрупкие и имеющие высокую твердость среды позволяет осуществлять технологические процессы, не реализуемые, или сложно реализуемые, традиционными методами обработки материала. Ультразвук позволяет обеспечивать высокоточную размерную обработку (сверление, резание, шлифовку, полировку, снятие фасок, выполнение пазов) таких материалов как керамика, полупроводниковые материалы, стекло, кварц, драгоценные и полудрагоценные минералы. В этом случае, применение каких-либо традиционных технологий обработки материала практически невозможно. При размерной обработке материалов ультразвуком хрупкий материал не высверливается, а выкалывается из изделия ударами зерен более твердого абразива, которые направляются торцом рабочего инструмента в необходимую область обработки. Инструмент с большой частотой (18-25 кГц) ударяет по зернам абразивного материала, подаваемого вместе с водой в зону обработки. Одновременно с процессом выкалывания материала кавитационные процессы в жидкой абразивной суспензии, возникающие под действием ультразвуковых колебаний, обеспечивают унос выработанного материала и подачу свежей абразивной суспензии. Таким образом, в обрабатываемом изделии формируются полости, копирующие форму рабочего инструмента. Для ультразвуковой обработки характерно то, что в материале не возникает внутренних напряжений и нет опасности возникновения трещин поскольку, воздействие ультразвука на твердые материалы позволяет изменять их свойства и структуру. Актуальность данной технологии можно показать на наглядных примерах. Для изготовления высокочастотных керамических электронных плат отверстия в них, можно изготовить только с помощью ультразвукового сверления. Подобная технология применяется для изготовления керамических форсунок, волочильных отверстий в высокотвёрдых материалах. Широкое применение данная технология находит при изготовлении ювелирных изделий. Серьёзным недостатком, в применении этого метода обработки материалов, является дорогостоящее оборудование. Возникает закономерный вопрос – возможности изготовления технологического оборудования для ультразвукового сверления в условиях небольших производств и технологических лабораторий. Решение этого вопроса и является целью данной работы.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является определение возможностей и реализация технических решений по изготовлению технологического оборудования для ультразвуковой обработки высокотвёрдых материалов.
Поставленная цель предполагала решение следующих задач:
- изучение литературных и интернет – источников по основным вопросам теории ультразвуковых колебаний, природе ультразвука, методам его получения;
- изучение литературных и интернет – источников по теоретическим основам ультразвуковых технологий, схемотехнике ультразвуковых устройств (генераторов ультразвуковых колебаний), преобразователей ультразвука;
- на основе рассмотренного теоретического материала разработать схемотехнические решения по изготовлению технологического оборудования для изготовления сверлильного ультразвукового станка;
- реализация схемотехнических решений в конкретный технологический образец сверлильного ультразвукового станка;
- исследование режимов работы и технологических приёмов при работе на изготовленном оборудовании, их анализ.
Природа ультразвука [1-3]
Если в какой-либо среде, частицы среды, вывести из положения равновесия, то упругие силы, действующие на них со стороны других частиц, будут возвращать их в положение равновесия. В результате, выведенные из равновесия частицы, будут совершать колебательное движение. Распространение таких упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс. Колебания с частотой от единиц Герц (Гц - единица, характеризующая частоту колебаний) до 20 Гц называются инфразвуковыми, при частоте от 20 Гц до 16 - 20 кГц колебания создают слышимые звуки. Диапазон ультразвуковых колебаний соответствуют частотам от 16 - 20 кГц до 108 Гц. Если частота колебаний будет ещё выше, такие процессы получили название гиперзвуковой диапазон (Приложение лист I, рис. 1). Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот и характеризуется определёнными свойствами. Форма волны — это форма волнового фронта, совокупности точек, обладающих одинаковой фазой. Колебания плоскости создают плоскую звуковую волну, если излучателем служит цилиндр, периодически сжимающийся и расширяющийся по направлению своего радиуса, то возникает цилиндрическая волна. Точечный излучатель, или пульсирующий шарик, размеры которого малы по сравнению с длиной излучаемой волны, воздает сферическую волну. Звуковые волны подразделяются по типу:
- продольные волны – волны, направление распространения которых совпадает с направлением смещений и скоростей частиц среды (Приложение лист I, рис. 2);
- поперечные волны – волны, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой лежат направления смещений и скоростей частиц тела, то же, что и сдвиговые волны (Приложение лист I, рис. 2);
- поверхностные (Рэлеевские) волны имеют эллиптическое движение частиц и распространяются по поверхности материала. Их скорость приблизительно составляет 90% скорости распространения поперечной волны, а их проникновение вглубь материала равно примерно одной длине волны;
- волна Лэмба — упругая волна, распространяющиеся в твёрдой пластине (слое) со свободными границами, в которой колебательное смещение частиц происходит как в направлении распространения волны, так и перпендикулярно плоскости пластины.
В жидкостях и газах распространяются только продольные волны, в твердых телах могут возникать также поперечные и другие типы волн. Волна как колебание имеет временные и пространственные характеристики и может быть охарактеризована частотой, длиной и амплитудой (Приложение лист I, рис. 3) При этом длина волны (λ) (это расстояние, которое проходит волна, пока частица среды совершает одно колебательное движение) связана с частотой (f) через скорость распространения волны в данном материале c (скорость звука):
λ = c/f.
Частота – это количество колебаний, совершаемых системой в единицу времени; длина волны – это расстояние, которое проходит волна за время равное периоду колебаний (T) за время, затраченное на одно колебание.
T = 1/f.
Амплитуда колебаний – это максимальное отклонение колебательной системы от положения равновесия. По своей физической природе звуковые и ультразвуковые колебания ничем друг от друга не отличаются. Это упругие колебания в материальных средах
Источники ультразвуковых колебаний [3]
Для реализации технологических процессов под действием ультразвуковых колебаний в различных средах необходимы источники ультразвукового излучения. В настоящее время создано несколько типов источников ультразвуковых колебаний, так называемых ультразвуковых преобразователей. Ультразвуковой преобразователь преобразует какой - либо вид подводимой энергии в энергию ультразвуковых колебаний. Классифицировать ультразвуковые преобразователи удобнее по виду подводимой энергии (Приложение лист II, рис. 4):
- аэродинамические преобразователи обеспечивают преобразование энергии потока газа в ультразвуковые колебания газовой среды;
- гидродинамические излучатели обеспечивают преобразование энергии струи жидкости в энергию ультразвуковых колебаний;
- электромеханические преобразователи – низкочастотные вибраторы, обеспечивающие воздействие с большой амплитудой на объекты большой массы;
- импульсные источники. Действие таких источников основано на преобразовании различных видов энергии для создания коротких широкополосных сигналов;
- магнитострикционные преобразователи - обеспечивают преобразование энергии магнитного поля в механические колебания ультразвуковой частоты;
- пьезоэлектрические преобразователи - обеспечивают преобразование энергии электрического поля в механические колебания ультразвуковой частоты.
Последние два вида преобразователей осуществляют работу совместно с электронными генераторами ультразвуковых колебаний.
Схемотехника мощных генераторов ультразвуковых колебаний [6]
Электронный ультразвуковой генератор представляет собой устройство, преобразующее внешнюю энергию в энергию колебаний ультразвуковой частоты. Главные элементы схемы любого ультразвукового генератора — это задающий генератор импульсов, определяющий частоту генерируемого ультразвука, и силовые транзисторы, которые усиливают импульсы задающего генератора до требуемой мощности, тем самым, определяя мощность ультразвуковых колебаний. Силовые транзисторы работают в режиме переключения, при котором транзисторы находятся либо в насыщенном состоянии (открыты), либо закрыты. При этом в цепи коллектора каждого транзистора рассеивается минимальная мощность, что повышает КПД ультразвукового генератора до 90 %. Транзисторные схемы имеют определённые недостатки. Во-первых, частоту генератора ограничивает быстродействие транзистора. Транзисторы не успевают переключаться, и возникает сквозной ток, что уменьшает выходную мощность генератора. Во-вторых, в режиме переключения на выходе генератора получаются прямоугольные импульсы (которые формирует задающий генератор и поддерживает работу силовых ключей), имеющие высшие гармоники основной частоты, которые ухудшают работу транзисторов и ультразвуковых преобразователей. В зависимости от требуемой мощности генератора выходной каскад на силовых транзисторах может быть выполнен по двухтактной схеме (мощность генератора до 100 Вт), по схеме полумоста (мощность генератора до 300 Вт) (Приложение лист III, рис. 5) или по мостовой схеме (мощность генератора > 300 Вт) (Приложение лист III, рис. 6). В двухтактной схеме напряжение питания выбирается из условия Е <U k /2, где Е- напряжение питания, U k -максимально допустимое напряжение на коллекторе (или стоке) транзистора. В полумостовой схеме источник питания подключается к мосту, в котором транзисторы подключаются между точками вг, а выходной трансформатор - между точками аб. Импульсы возбуждения подаются на транзисторы Т1 и Т2 с трансформатора Тр1 в противофазе. На закрытом транзисторе падает все напряжение питания Е, поэтому нужно, чтобы Е <U k. В мостовой схеме выходной каскад ультразвукового генератора составлен из четырех транзисторов. Источник питания включен в диагональ аб, а выходной трансформатор - в диагональ вг. Плечи моста составлены из транзисторов Т1-Т4. Напряжение базы U б-э подается на них так, что когда транзисторы Т1 и Т3 открыты, то транзисторы Т2 и Т4 закрыты, и наоборот. Такое переключение транзисторов приводит к тому, что мощность, выделяемая в нагрузке в четыре раза, превышает мощность, отдаваемую одним транзистором, и вдвое - мощность, отдаваемую двухтактной или полумостовой схемой. Напряжение питания выбирается из условия Е <U k. Схема задающего генератора импульсов выбирается в зависимости от конкретного применения ультразвукового генератора и необходимой частоты ультразвука. В простых портативных ультразвуковых приборах используется простая схема независимого генератора импульсов. Если же речь идет о промышленных установках ультразвуковой обработки материалов, где требуется стабильность частоты ультразвука, применяется схема с автоподстройкой частоты задающего генератора, что обеспечивает стабильность частотных характеристик (Приложение лист III, рис. 7).
Ультразвуковая обработка твёрдых материалов [4 - 5]
Ультразвуковой метод обработки твёрдых материалов основан на принципе использования упругих колебаний среды со сверхзвуковой частотой. Современные способы ультразвуковой обработки твёрдых хрупких материалов можно разделить на два вида: с использованием только энергии ультразвука (размерная ультразвуковая обработка); с наложением ультразвуковых колебаний на механический инструмент. Первый вид ультразвуковой обработки предусматривает выбивание частичек обрабатываемого материала свободными зёрнами абразива (в основном применяют карбид кремния), находящимися между поверхностью обрабатываемого материала и торцом рабочего инструмента (наконечника), колеблющимся с ультразвуковой частотой (до 25 кГц). Инструмент сообщает колебательные движения зёрнам абразива (до 100 тысяч на 1 см2), которые выкалывают с обрабатываемой поверхности частицы материала. Установка для реализации подобных технологий включает (Приложение лист III, рис. 8); ультразвуковой генератор для возбуждения колебательной системы; колебательную систему (концентратор и магнитостриктор с инструментом), преобразующую электрические колебания ультразвуковой частоты генератора в механические колебания инструмента той же частоты; гидросистему для подачи абразивной суспензии в зону обработки. Колебания от магнитостриктора передаются концентратору, на конце которого закреплён инструмент - наконечник. В концентраторе акустическая энергия колебаний концентрируется на малой площади, что приводит к увеличению амплитуды колебаний (до 100 мкм). Силу подачи инструмента на обрабатывающую поверхность регулируют и поддерживают в процессе обработки. Режим ультразвуковой обработки твёрдого материала: частота колебаний 18-25 кГц; амплитуда 30-45 мкм; давление подачи 3-5 мПа; производительность обработки (мм3/мин) зависит от твёрдости обрабатываемого материала. Второй вид ультразвуковой обработки твёрдых материалов предусматривает использование принудительно направленных ультразвуковых колебаний как средства воздействия на обычный процесс механической обработки материала режущим инструментом. В этом случае магнитостриктор непосредственно связывают (в единую конструкцию) с концентратором и режущим (твердосплавным или алмазным) инструментом (Приложение лист III, рис. 9), что обеспечивает снижение сил резания в 10 - 20 раз при улучшении качества обработки. Реализация проекта предусматривает создание установки по первому типу - размерная ультразвуковая обработка.
Конструкция ультразвукового сверлильного станка
Генератор ультразвуковых колебаний
На рисунке приложения (Лист IV, рис. 10) представлена обобщённая блок – схема самодельного мощного генератора ультразвуковой частоты. Генератор состоит из нескольких функциональных блоков. Блок питания изготовлен по трансформаторной схеме. В основе схемы используется понижающий трансформатор, имеющий две питающие обмотки 12В и 36В. Предназначены для питания задающего генератора и моста усилителя. Мощность трансформатора 350 Вт. Выпрямитель задающего генератора выполнен по мостовой диодной схеме и расположен, непосредственно, на плате задающего генератора. Необходимо отметить, что часть монтажа радиоэлектронных компонентов выполнена на печатной плате, а часть навесным способом. Необходимость в этом возникает в связи с минимальной длиной проводников между электронными компонентами, поскольку длина проводника влияет на помехоустойчивость и частотные характеристики генератора. Фильтры блока питания, так же размещены на печатной плате задающего генератора. Фильтр и выпрямитель моста усилителя размещён, непосредственно, на трансформаторе, смонтирован навесным монтажом. Задающий генератор изготовлен по транзисторной схеме, на печатной плате с использованием двустороннего монтажа (требование минимальной длины проводников). Генерирующий блок включает 5 биполярных транзисторов, контурные катушки, времязадающие конденсаторы и трансформаторы согласования. Генератор имеет две выведенные настройки. Поскольку генератор предназначен для работы с магнитострикционным преобразователем, который очень требователен к точной настройке резонансной частоты, имеются регуляторы подстройки частоты (контурный регулятор, изменяющий индуктивность настроечной катушки) и регулятор точной настройки резонансной частоты. Он изменяет частотные характеристики времязадающей цепи небольшим отклонением ёмкостных характеристик. Выходной каскад задающего генератора выполнен на мощных биполярных транзисторах с использованием согласующего трансформатора. Усилитель генератора, выполнен по типовой схеме моста. В основе усилителя использованы четыре мощных полевых транзистора, позволяющие пропускать значительные импульсные токи нагрузки и имеющие хороший предел быстродействия. Транзисторы смонтированы на радиаторах большой площади рассеивания тепла. Помимо этого, предусмотрено принудительное охлаждение радиаторов с помощью вентилятора, расположенного в торце радиаторов. Весь монтаж моста усилителя выполнен навесным способом, непосредственно на выводах транзисторов. В мостовую схему усилителя включён регулятор мощности генератора (по питанию), позволяющий в целом регулировать мощностные характеристики генератора. С нагрузкой, схема мостового усилителя соединяется через систему согласующего трансформатора (ферритовый сердечник) и настроечных емкостей (все элементы смонтированы на трансформаторе навесным монтажом с соблюдением правила минимальной длины проводников). Максимальная мощность генератора составляет 250 Вт, рабочая резонансная частота 20,1 кГц (может регулироваться в пределах 0,3 кГц). Фотографии элементов монтажа генератора приведены в приложении (Лист IV – V, рис. 11 – 14). Все элементы генератора размещены в подходящем корпусе от радиоэлектронной аппаратуры, на переднюю панель которого, выведены элементы управления и контроля параметров.
Магнитострикционный преобразователь [7-8]
Поскольку магнитострикционный преобразователь является сложным технологическим устройством и изготавливается с применением специализированных материалов, самостоятельное изготовление его невозможно. Попытки изготовить устройство из ферритовых сердечников (способны незначительно менять длину под воздействием высокочастотного магнитного поля) не привели к успеху, поскольку проявлялся малоэффективный магнитострикционный эффект. Деталь была приобретена в готовом исполнении через сайты производителей/продавцов (Приложение лист VI, рис. 15). Характеристики – подводимая мощность до 350Вт, рабочая частота 20 кГц. Магнитострикционные преобразователи преобразуют энергию магнитного поля в механическую ультразвуковую энергию. Действие преобразователя основано на магнитоупругом эффекте, при котором некоторые сплавы с содержанием железа, кобальта или никеля деформируются (изменяют линейные размеры) в магнитном поле. Изготовлен с применением пермендюра. Пермендюр (англ, permendur, от permeability - проницаемость и durable - прочный, длительный) - сплав железа с кобальтом (48-50%) и ванадием (до 2%), характеризующийся большими значениями магнитного насыщения, проницаемости в области высоких индукций, точки Кюри. Относится к магнитно-мягким материалам. Соединение магнитострикционного материала с титановым волноводом первой ступени осуществляется методом переплава. Соединение магнитострикционного материала со стальным волноводом первой ступени осуществляется пайкой серебряными припоями в вакууме или среде защитных газов (Приложение лист VI, рис. 16). Преобразователь разместили в трубчатом корпусе, к которому приварена трубка кронштейна. В верхней крышке установлено гнездо подключения преобразователя. Крепление преобразователя на стойке осуществляется с помощью кольцевого кронштейна с помощью винта. Стойка представляет собой трубку с приваренной к ней пластиной из оцинкованной стали. Лоток подачи абразива выполнен из оцинкованного листа и крепится на стойке проволочной стяжкой. Наконечники преобразователя выточены на токарном станке из латуни. В качестве рабочей иглы применяется проволока из высокопрочной стали диаметром от 1 до 3 мм. Детали стойки магнитострикционного преобразователя представлены на фотографиях в приложении (Лист VII, рис. 17). Общий вид изготовленного станка приведён на фотографиях приложения (Лист VIII, рис. 18).
Исследование режимов сверления/пробивания отверстий в твёрдых материалах на изготовленном оборудовании [9-11]
Ультразвуковое сверление/пробивание - процесс направленного разрушения твёрдых хрупких материалов за счёт использования высокоэнергетических колебаний ультразвуковой частоты. Начало освоения ультразвуковой обработки подобными технологиями относится к 40-50-м гг. 20 века. Применяют ультразвуковую обработку материалов для обработки облицовочного, поделочного и ювелирного камня (преимущественно твёрдых и хрупких разновидностей), керамики, производства орнаментных плит с объёмным рельефом, вскрытие структуры поверхности изделий, изготовление сувениров, ювелирных изделий. При ультразвуковой обработке материала происходит два явления: образование выколов при ударе инструмента по частицам абразива и перемещение выколотых частиц обрабатываемого материала, и разрушенного абразива. Производительность, точность обработки и качество поверхности, а также износ рабочего инструмента зависят от обоих явлений. Производительность процесса определяются, в основном величиной и скоростью образования выколов. Скорость обработки определяется количеством частиц абразива между инструментом и обрабатываемой поверхностью. Определяющую роль в перемещении частиц абразива под рабочей поверхностью инструмента играют кавитационные пузырьки. Максимальное число кавитационных пузырьков образуется в центре обрабатываемого круга, непосредственно под иглой. Кавитационные пузырьки, способствующие перемешиванию абразива, одновременно схлопываются и создают мощные гидродинамические потоки, разбрасывающие частицы абразива от центральной зоны рабочей поверхности инструмента. Вследствие этого, практически большая часть поверхности под инструментом оказывается свободным от абразива и скорость обработки существенно возрастают. Для повышения производительности обработки и обеспечения высокого качества поверхностей выполняемых отверстий рекомендуется:
- при входе и на выходе рабочего инструмента из объекта снижать давление на обрабатываемый объект;
- выполнять отверстия длиной более 7 - 10 мм прошивкой с двух сторон;
- периодически выводить рабочий инструмент из отверстия и наносить суспензию абразива на объект;
- для ускорения процесса прошивки проворачивать объект вокруг оси на 30 - 90 градусов.
Производительность увеличивается с ростом амплитуды, однако при больших амплитудах возрастает ударная нагрузка на абразивные зерна, что приводит к их разрушению и снижению скорости обработки. Производительность увеличивается с ростом частоты колебаний. Одновременно снижается стойкость инструмента. Для приготовления суспензии обычно используют абразивные частицы размером 5 - 100 мкм. Нами использовался абразив карбид кремния (SiC), как наиболее доступный материал (отходы при обработке на наждачном круге). В качестве жидкого компонента суспензий использовали воду. Весовая концентрация абразива в суспензии составляет 30–40%. Необходимо отметить, что по литературным данным станки мощностью до 0,4 кВт обеспечивают выполнение отверстий диаметром от 0,5 до 15 мм с максимальной производительностью до 500 мм3/мин (зависит от диаметра рабочего инструмента). Нами осуществлялась проверка рабочих режимов станка при диаметре рабочей иглы 1,5 мм. Все проведённые исследования проанализированы и сведены в график зависимости скорости выкалывания от давления иглы (приблизительного) на обрабатываемый образец материала с учётом твёрдости материала (Приложение лист VIII, рис. 19). При проведении исследования режимов отмечено, что относительная скорость обрабатываемого материала зависит в большей степени от твёрдости материала чем от давления на него. Чем выше твёрдость образца, тем выше скорость обработки (Приложение лист IX, таблица 1). Аналогичная зависимость наблюдается по характеристикам износа рабочего инструмента – иглы (Приложение лист IX, рис. 20).
Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- в подготовительный период, предшествующий изготовлению станка, изучены литературных и интернет – источников по основным вопросам теории ультразвуковых колебаний, природе ультразвука, методам его получения и теоретическим основам ультразвуковых технологий, схемотехнике ультразвуковых устройств (генераторов ультразвуковых колебаний), преобразователей ультразвука;
- на основе изученного теоретического материала разработано схемотехническое решение по изготовлению технологического оборудования для изготовления сверлильного ультразвукового станка. Освоены основные приёмы и особенности монтажа радиоэлектронных элементов;
- на основе разработанного схемотехнического решения создан конкретный технологический образец сверлильного ультразвукового станка;
- на изготовленном оборудовании проведены исследования режимов работы станка при обработке некоторых твёрдых материалов и их анализ, который в обобщённом варианте выражен в графических зависимостях.
Список литературы и интернет - источников
1.https://u-sonic.ru/primenenie-ultrazvuka-v-promyshlennosti/ultrazvukovye-kolebaniya/priroda-i-svoystva-ultrazvukovykh-kolebaniy/ - Природа и свойства ультразвуковых колебаний.
2.https://engineering-solutions.ru/ultrasound/theory/ - Ультразвук. Основы теории распространения ультразвуковых волн.
3.http://femto.com.ua/articles/part_2/4203.html - Ультразвук.
4.http://www.mining-enc.ru/u/ultrazvukovaya-obrabotka-kamnya/ - Ультразвуковая обработка камня.
5.Радж Балдев, В. Раджендран, П. Паланичами, Применения ультразвука.- Москва: Техносфера, 2006 г.
6. https://hobe.ru/voprosy-i-otvety/kak-sdelat-ultrazvukovoi-generator-svoimi-rukami-ultrazvukovoi/ - Конструирование мощных ультразвуковых генераторов.
7. http://beznakipi.com/ru/acoustic-t/magnetostrictive_transducers - Магнитострикционные преобразователи.
8. http://femto.com.ua/articles/part_1/2111.html - Магнитострикционный преобразователь.
9.https://ritm-magazine.ru/ru/public/ultrazvukovaya-obrabotka - Ультразвуковая обработка
10.О.В. Захаров, Б.М. Бржозовский, Ультразвуковая обработка нежестко - закрепленными инструментами, Саратов 2002 г.
11.https://www.rsatu.ru/upload/medialibrary/c2f/6-ULTRAZVUKOVAYA-OBRABOTKA.pdf - Ультразвуковая обработка.
Приложение
Рис. 1. Диапазоны упругих колебаний в материальных средах.
Рис. 2. Движение частиц в продольных и поперечных волнах.
Рис. 3. Характеристики колебательного процесса.
Пластинчатые гидродинамические излучатели
Аэродинамический преобразователь
1) взрывные – обеспечивающие преобразование энергии взрыва в звуковые колебания;
2) ударные – преобразующие энергию механического удара;
3) тепловые – основанные на тепловом ударе;
4) электроразрядные – преобразующие энергию электрического разряда в жидкости;
5) импульсные электродинамические.
Электромагнитные преобразователи
Импульсные источники
Конструкции составных пакетных пьезокерамических преобразователей
1 — излучающая накладка; 2 —пьезокерамические пластины; 3 — отражающая накладка;
4 —электроды; 5 —крепежный болт.
Плоский магнитострикционный излучатель
1 — пакет пластин пермендюра; 2 —прокладка; 3 — уплотнения; 4 — бачок для охлаждения;
5 —вход воды; 6 — обмотка пакета; 7 — слив воды; 8 — кронштейн; 9 — диафрагма.
Рис. 4. Типы ультразвуковых преобразователей.
Рис. 6. Мостовой усилитель мощности.
Рис. 5. Полумостовой усилитель мощности.
Рис. 7. Схема ультразвукового генератора с автоподстройкой част
Рис. 9. Технология обработки твёрдых материалов с использованием энергии ультразвука с наложением ультразвуковых колебаний на механический инструмент.
Рис. 8. Технология обработки твёрдых материалов с использованием энергии ультразвука (размерная ультразвуковая обработка).
Рис. 10. Блок - схема ультразвукового генератора сверлильного станка.
Трансформатор питания генератора
Плата задающего генератора
Крепление платы задающего генератора
Приборы управления и контроля
Рис. 11. Задающий генератор с блоком питания.
Рис. 12. Силовые транзисторные ключи (мостовая схема) с системой охлаждения. Усилитель генератора.
Рис. 13. Согласующий трансформатор усилителя.
Рис. 14. Размещение основных узлов в корпусе генератора.
Рис. 15. Магнитострикционный преобразователь ультразвука.
Рис. 16. Устройство магнитострикционного преобразователя
(1 – пакет пластин из магнитострикционного материала;
2 – волновод первой ступени (трансформатор упругих колебаний);
3 – обмотка).
Рис. 17. Детали стойки магнитострикционного преобразователя станка.
Рис. 18. Общий вид изготовленного станка.
Рис. 19. Скорость выкалывания обрабатываемого материала в зависимости от давления на рабочий инструмент.
Таблица 1. Твёрдость некоторых самоцветов по шкале Мооса.
Рис. 20. Износ рабочей иглы (D 1,5 мм.) в зависимости от давления на обрабатываемый материал и его относительную твёрдость.