CC BY
47
I
SCIENCE TIME
I
ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОЧИСТКЕ ИЗДЕЛИЙ
Жарова Валерия Денисовна, Вологодский государственный университет, г. Вологда
E-mail: [email protected]
Аннотация. Данная статья посвящена исследованию ультразвуковой очистки изделий от загрязнений.
Ключевые слова: ультразвук, кавитация, интенсивность ультразвука, частота колебаний.
В машиностроительном производстве одним из этапов является подготовка деталей к обработке, которая включает в себя проверку качества, геометрических размеров и очистку. Так, например, на различных заводах при изготовлении используются заготовки в виде листового и круглого проката, а также из трубы. Перед проверкой деталей на наличие повреждений и трещин, их предварительно очищают. Моют детали механически, используя ручной труд рабочего. Данная операция занимает от 15 до 45 минут и, с учетом стоимости 1 трудочаса рабочего, обходится заводу примерно в 200 руб. за одну деталь.
Для очистки заготовок в настоящее время используются следующие способы: механический, физико-химический и термический способы. Их недостаток связан с низкой производительностью и невозможностью (за редким исключением) удаления загрязнения с внутренних поверхностей деталей.
Вместе с тем на сегодняшний день при очистке внешних поверхностей и внутренних полостей деталей машин находит применение ультразвук.
Ультразвук - это звуковые волны, имеющие частоту от 20 до 60 кГц.
Ультразвуковая очистка — способ очистки, основанный на использовании нелинейных эффектов, возникающих в жидкости под действием ультразвуковых колебаний. [6].
Сущность этого процесса заключается в том что, под воздействием ультразвука определенной интенсивности на жидкость, возникает кавитация -возникновение и «взрыв» множества микроскопических пузырьков.
Кавитация слышна как шипящий шум, возникающий в жидкости при определенном значении интенсивности ультразвукового поля.
1 SCIENCE TIME 1
При «взрыве» пузырька на поверхности какого-либо изделия, погруженного в раствор, происходит выделение колоссальной энергии на микроуровне, что приводит к интенсивному отделению различных загрязнений (рис. 1).
а) - образование пузырька у поверхности под пленкой; б) - отрыв кусочка пленки от поверхности при пульсации пузырька
Рис. 1 Отслоение пленки загрязнения
Данная технология позволяет добиться высокой степени очистки и реализуется с помощью ультразвуковых ванн с вмонтированными, либо с погружными излучателями.
Эффективность ультразвуковой очистки зависит от выбора многих параметров, в т. ч. и физико-химических свойств моющей жидкости. Для правильного выбора растворов необходимо учитывать характер загрязнений: степень их адгезии к очищаемой поверхности, химическое взаимодействие с моющим раствором, способность противостоять микроударным нагрузкам (кавитационную стойкость). Предварительная классификация загрязнений важна для того, чтобы определить, по какому из признаков легче удалить их с поверхности. Определив этот признак, можно правильно выбрать технологию ультразвуковой очистки (моющие среды и параметры звукового поля).
В данном случае детали имеют следующую форму (рис. 2):
- корпусные - со сложной конфигурацией наружных поверхностей, с отверстиями и полостями внутри;
- тела вращения различных габаритов.
Рис. 2 Формы очищаемых деталей
1 SCIENCE TIME 1
Учитывая природу загрязнений и характер их связи с поверхностью, различают следующие основные виды загрязнений:
1. Неорганические загрязнения:
- механически слабо связанные с поверхностью (пыль, опилки, металлическая и неметаллическая стружка, сажа и т. п.);
- механически шаржированные в поверхность (зерна абразивов, минеральные или металлические частицы);
- осажденные на поверхность (солевые корки после обработки в солевых ваннах, накипь и т. п.).
2. Загрязнения и покрытия органического характера или на органических связках:
- механически слабо связанные с поверхностью (пыль, пластмассовые опилки и стружка, сажа, уголь, кокс);
- обладающие небольшой степенью адгезии к поверхности (жировые и масляные пленки и смазочные материалы, шлифовальные, полировальные и притирочные пасты);
- прочно сцепленные с поверхностью (смола, лак, клей, краска и т. п.).
Для подготовки данных деталей к следующей операции они должны быть очищены от пыли и смазки.
Исходя из вида загрязнений и их интенсивности согласно справочным данным [6] определены следующие параметры ультразвуковой чистки:
1. Интенсивность ультразвука:
A. До 1-3 Вт/см2 - для легкоудаляемых загрязнений (масляных и жировых при механической обработке изделий, растворимых в моющей жидкости осадков, флюсов и т.п.);
Б. От 3 до 10 Вт/см2 - для загрязнений типа полировочных и притирочных паст, закатанных при обработке давлением физических загрязнений и смазок, полимеризовавшихся смазок и т.д.;
B. Свыше 10 Вт/см2 - для трудноудаляемых загрязнений (лаковых пленок, травильных шламов и т.п.).
1. Частота колебаний
2. 20-25 кГц - для обезжиривания относительно крупных деталей;
3. Свыше 200 кГц - для очистки мелких деталей с небольшими зазорами и отверстиями.
4. Мощность ультразвука
5. Количество ультразвуковых излучателей
6. Тип моющего раствора
7. Мощность и количество генераторов.
Технологически установка по очистке деталей может быть представлена в виде установки, изображенной на рисунке 3, состоящей из следующих компонентов: генератор, два УЗ излучателя, гибкий ТЭН и контроллер.
контроллер
Рис. 3 Установка для очистки деталей ультразвуком
В конструкцию моющего оборудования входит емкость с корзиной, крышка, корпус и основание, выполненные из нержавеющего материала; также имеется сливной кран для вывода отработанного раствора. Вся установка имеет габариты 420*263*210 (ДхВ*Ш). Помимо выше перечисленного в емкость вмонтирована ультрафиолетовая лампа. Емкость изготавливается сварной для обеспечения герметичности.
Чтобы достичь эффекта ультразвука в жидкости, высокочастотный генератор преобразует частоту сети в соответствующую частоту ультразвукового прибора. Эта частота затем трансформируется в механические колебания с помощью электромеханических преобразователей ультразвуковой ванны. С помощью контроллера можно регулировать режимы очистки.
Примерный расход электроэнергии при использовании данного способа составит 1,25 (кВт ч /смену) при условии, что мощность установки будет равна 250 Вт, а процесс очистки изделия займет около 5-ти часов, при этом высвобождается рабочее время.
Время очистки при применении ультразвука увеличится, но при этом снизится физический труд рабочего и расход очищающих материалов.
Таким образом, применение ультразвука позволит улучшить качество очистки деталей и повысит производительность труда.
1 SCIENCE TIME 1
Литература:
1. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука [Текст] / В.А. Шутилов. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1980. - 280 с.
2. Хмелев В. Н. Ультразвуковые многофункциональные и специализированные аппараты для интенсификации технологических процессов в промышленности [Текст] / В. Н. Хмелев [и др.]. - Барнаул: АлтГТУ, 2007. - 416 с.
3. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст] / А. Г. Касаткин. - 9-е изд. - М.: Химия, 1973. - 750 с.
»
72
