Обработка ультразвуком

Заключение

В настоящее время имеется значительный опыт в применении ультразвуковой обработки в различных отраслях промышленности. Данная тема имеет актуальность в наше время, так как широкому распространению хрупких и особо твердых материалов, препятствует невозможность их механической обработки традиционными методами. Разработанное оборудование, включающее универсальные и специальные ультразвуковые станки и питающие их генераторы, обеспечивает проведение различных технологических операций с весьма высокой эффективностью. Ультразвуковая обработка значительно расширяет технологические операции обработки твердых хрупких материалов. При помощи ультразвукового метода весьма эффективно и с достаточно высокой точностью обрабатываются отверстия сложного контура в твердом сплаве при изготовлении различных штампов и пресс-форм. Современная технология механической обработки конструкционных материалов достигла больших успехов, а выпускаемые промышленностью металлорежущие станки - высокой степени совершенства и высокой производительности, что позволяет с успехом решать различные задачи, выдвигаемые бурным процессом развития техники. В большинстве случаев применение ультразвуковой обработки приводит к повышению производительности труда, экономии драгоценных и дефицитных материалов и дает значительный экономический эффект. В данной работе на основе аналогов оборудования и патентного поиска, мною было сконструировано оборудование для обработки материалов ультразвуком в аэрокосмическом производстве. Исследовались оптимальные характеристики проектируемого оборудования, был проведен анализ статистического планирования эксперимента при исследовании оптимальных характеристик, разработана структурная схема установки и оформлена заявку на полезную модель по результатам проведенных исследований.

Библиографический список

1. Технология производства космических аппаратов: учебник для вузов/ Н.А. Тестоедов [и др.]. - Сиб. Гос. Аэрокосмич. Ун-т. - Красноярск, 2009. - 352, [4] л. цв. ил.

2. Металлорежущие станки и промышленные роботы: Метод. Указания, конрольные задания и рабочая программа для студентов заочной формы обучения спец. 120100/ Сост. Ю.А.Филипов, Л.В.Ручкин, З.С.Дроздова, В.Д.Утенков; САА. Красноярск, 2002. 84 с.

3. Хоробенко И.Г. Ультразвук в машиностроении.- 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 2000. - 288с., ил.

4. Ультразвуковая размерная обработка материалов: учебник для вузов/ В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок [др.]. - Научная монография/ Алт. гос. Техн. Ун-т. им. И.И. Ползунова. - Барнаул: изд. АлтГТУ, 1997. - 120с.

Библиографические ссылки:

5. ГОСТ 2.105-95 [Электронный ресурс]. - Общие требования к текстовым документам: http://wwww777.narod.ru/gost/1/GOST2.105-95.pdf

6. ГОСТ 7.1-2003 [Электронный ресурс]. - Система стандартов по информации, библиотечномуи издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления: http://gostexpert.ru/gost/gost-7.1-2003

Приложение 1

Обработка высокотехнологичных материалов с помощью ULTRASONIC 50

Обработка высокотехнологичных материалов с помощью гибкого ультразвукового шлифования, сверления и фрезерования на одном станке для максимальной производительности. Станок ULTRASONIC 50 является первым станком, который опционально может укомплектоваться автоматическим сменщиком паллет. Кроме этого сейчас доступна такая опция как приводной поворотный круглый стол с гидравлическим закреплением к столу, которое позволяет ультразвуковую полную обработку по 5 осям. В соединении с 3 CNC-управляемыми осями по X/Y/Z эти обе оси позиционирования, а также мощный сменщик инструмента создают все условия для автоматизированной обработки.

Технические данные ULTRASONIC 50

ULTRASONIC - Инновация

С помощью Ultrasonic-обрабатывающего шпинделя USB 2000 на базе высокотехнологичного станка «механическое» силовое движение трансформируется в колебательное движение. С помощью ультразвукового шпинделя колебание передается на алмазный инструмент, и вращающееся движение обрабатывающего инструмента, с дополнительной кинематикой движения, перекладывается в осевом направлении. При номинальной частоте в 20 kHz алмазный инструмент пульсирует 20.000 раз в секунду. Ротация инструмента и внутренний подвод охлаждающей жидкости через середину инструмента гарантируют оптимальный отвод снятых частичек изделия из зоны обработки. Постоянное прерывание контакта между инструментом и изделием приводит к сравнительно меньшим термическим напряжениям в сравнении с традиционными методами обработки и бережет инструмент и изделие. Благодаря этому достигается сокращение повреждения материала.

Целевые рынки

Будущее принадлежит ультразвуковой технологии. Обработка ультразвуком высокотехнологичных материалов открывает новые возможности при производстве в таких развивающихся рынках как: автомобильная, оптическая, полупроводниковая и медицинская промышленность, а также при производстве инструментов и форм.

Отличительные особенности ULTRASONIC 50

Точность позиционирования ± 2,5 мкм и стабильность повторяемости до ± 1 мкм для очень высокой точности детали.

Высокая динамика благодаря линейным двигателям в осях "X", "Y", "Z" с гидростатической опорой и ускорением > 1,4 g.

USB 40 обрабатывающий шпиндель с числом оборотов 40000 мин-1 и водяным охлаждением.

Макс. гашение колебаний, высокая жесткость и стабильность станины из минерального чугуна в конструкции monoBLOCK®.

Новая разработанная система Ultrasonic-Aktor-System на основе разработки конуса HSK 32 S для Ultrasonic и традиционного фрезерования на станке.

Автоматический сменщик инструмента с 16 местным инструментальным магазином (Стандарт)/ 32 местным инструментальным магазином (Опция).

Для фрезы: O 0,1 мм - 30 мм (инструменты с определенной режущей кромкой).

Опции: порт Y из углепластика для большей прочности, меньшего веса, уменьшения теплового расширения и макс. ускорения Y > 2 g.

Опции: система охлаждения с отстойным бассейном с настройкой CNC для применения различных охлаждающих сред.

Система управления ULTRASONIC 50

Siemens 840D powerline

Высокая динамика и точность гарантируют отличное качество обработки, как обычных, так и формообразующих деталей. Сочетание таких функций как, например, контроль изменения ускорения и предварительный выбор параметров скорости ускорения, Look-ahead и функция ориентации инструмента позволяет более гибко приспосабливаться к изменяющимся требованиям по скорости, точности и качеству поверхности. Повысить производительность в любом аспекте - при программировании, обслуживании и отработке программы поможет Вам современная техника систем управления SIEMENS.

Отличительные особенности ULTRASONIC 50

Online Support с графикой и текстом

Графическое изображение детали и трехмерная картинка обработки детали

Широкий спектр применения

Модульная система управления 840D для всех модификаций серии

Преимущества

Powerline - прекрасные рабочие характеристики и удобство обслуживания

Простейшее интерактивное программирование не требует дополнительной документации

Широкое предложение циклов/ безопасность обработки гарантирована ее предварительной симуляцией

Технически выверенная установка и смена инструмента

Установка для ультразвуковой обработки может быть установлена в любом отапливаемом помещении с ровным бетонным полом. На предприятиях установки, обычно, находятся в механических цехах. Допускается размещение рядом станков. Помещение должно быть оснащено электрокоммуникациями.

Ориентировочное число основных производственных участков может быть определено, исходя из расчетного числа рабочих мест в цехе и нормы управляемости для мастера участка.

В нашем случае тип производства является мелкосерийным.

Расчетное число рабочих мест в подразделении может быть определено по формуле:

S= (2.6)

где kпз - коэффициент, учитывающий время, затраченное на подготовительно-заключительные работы по обработке партии деталей (принять 0,3).

S=

Таким образом, число участков n определяется как:

(2.7)

где S-число рабочих мест в цехе, шт.,

Sупр - норма управляемости рабочих мест, шт.

n=20,94:35=0,59

Электроснабжение цеха.

По категории бесперебойности электроснабжения данный цех относится ко II категории. Исходя из этого, выбираем двухтрансформаторную цеховую подстанцию.

Все силовые потребители электроэнергии являются потребителями трёхфазного тока, напряжением 380 В. Осветительная нагрузка равномерно распределена по фазам.

Питание светильников общего освещения осуществляется на напряжении 380В переменным током при заземленной нейтрали.

Электроснабжение рабочего освещения выполняется самостоятельными линиями от РУ-1 подстанции, а аварийного освещения выполняется от РУ-2 подстанци

S цеха = 216 м2

Патент № 1

Использование: для формирования и излучения ультразвуковых колебаний высокой интенсивности. Сущность: заключается в том, что ультразвуковая колебательная система, предназначенная для ввода в технологические среды ультразвуковых колебаний повышенной мощности при интенсивности колебаний 10-30 Вт/см, состоит из многопакетного преобразователя, бустерного звена и ультразвукового излучателя. Ультразвуковой многопакетный преобразователь, содержащий общую частотно-понижающую излучающую накладку многопакетного пьезоэлектрического преобразователя, выполненную в виде тела вращения, обеспечивает генерацию ультразвуковых колебаний, энергия которых через бустерное звено передает ультразвуковому излучателю, состоящему из последовательно состыкованных полуволновых модулей переменного сечения. Выбор размеров каждого последующего модуля осуществляется из условия обеспечения соответствия резонансной частоты излучателя резонансной частоте преобразователя. Технический результат: обеспечение возможности создания ультразвуковой колебательной системы, позволяющей производить интенсивную обработку жидких сред различной вязкости и дисперсного состава.

Патент №2

Изобретение относится к области ультразвуковой техники, а именно к устройствам, предназначенным для интенсификации технологических процессов в жидких гомогенных и гетерогенных средах ультразвуковыми широкополосными колебаниями кавитационного спектра, и может быть использовано для ускорения процессов диспергирования, гомогенизации, экстракции, создания и разделения эмульсий, дегазации, коагуляции, осветления и т.п. Техническим результатом является создание ультразвуковой колебательной системы, позволяющей производить интенсивную бескавитационную обработку в широком диапазоне частот жидких сред. Технический результат достигается благодаря тому, что ультразвуковая колебательная система снабжена соединенной с корпусом преобразователя, оснащенной входным и выходным патрубками, оболочкой цилиндрической формы с заглушенным торцом, выполненной из упругого звукопрозрачного материала, толщина стенки которой много меньше половины длины волны ультразвуковых колебаний в материале оболочки, оболочка заполнена жидкостью и расположена соосно, относительно ультразвукового излучателя так, что расстояние между поверхностью излучателя и внутренней поверхностью оболочки соответствует четверти длины волны ультразвуковых колебаний в жидкости, расположенной между излучателем и оболочкой. В жидкости, между излучателем и оболочкой ультразвуковой колебательной системы, под воздействием ультразвуковых колебаний в режиме «развитой кавитации» зарождаются и мгновенно схлопываются парогазовые пузыри. Коллапсирующие парогазовые полости являются источником колебаний широкого спектра частот. Совокупность колебаний ультразвуковой частоты и широкополосных колебаний кавитационного происхождения являются источником колебаний широкого спектра. 1 ил.

Патент №3

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к конструкциям ультразвуковых колебательных систем, и может быть использована при разработке ультразвуковой медицинской аппаратуры. Техническим результатом изобретения является увеличение амплитуды колебаний, повышение надежности работы, уменьшение габаритных размеров и массы. Ультразвуковая колебательная система выполнена в форме тела вращения и образована последовательно расположенными двумя металлическими накладками, отражающей и концентрирующей, и двумя пьезоэлектрическими элементами, расположенными между накладками, акустически связанными между собой стяжным элементом. Пьезоэлементы выполнены дисковыми, отражающая накладка состоит из последовательно расположенных резьбового упора с центральным отверстием и дисковой накладки. Концентрирующая накладка содержит три участка: первый - цилиндрический с фланцем, второй - экспоненциальный и третий - выходной цилиндрический с резьбовым глухим отверстием для крепления волновода-инструмента, а стяжной элемент выполнен в виде стакана с внутренней резьбой и двумя отверстиями: круглым в центре днища и прямоугольным на боковой поверхности стакана. Первый цилиндрический участок концентрирующей накладки выполнен резьбовым до фланца, на этом участке дополнительно размещена накидная гайка. 2 ил.

Патент №4

РЕФЕРАТ

Изобретение относится к сфере технологического применения ультразвука, в частности к устройствам, обеспечивающим ультразвуковое воздействие на поверхность изделия, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в машиностроении, судостроении и в других отраслях народного хозяйства, например, для очистки или для упрочнения внешней поверхности труб нефтяного сортамента или же для повышения надежности сварных соединений, которая достигается как за счет ультразвукового упрочнения непосредственно сварного шва, так и за счет уменьшения остаточных напряжений в околошовной зоне. Изобретение обеспечивает расширение технологических возможностей устройства и упрощение его конструкции при повышении эффективности обработки изделий. Устройство включает последовательно соединенные между собой электромеханический преобразователь, стержнеобразный волновод резонансной длины и рабочую головку, которая образована набором бойков, каждый из которых установлен с возможностью свободного друг относительно друга возвратно-поступательного движения вдоль продольной оси волновода, полой обоймой, охватывающей бойки, и фиксатором положения бойков, установленным в полости обоймы. Каждый из бойков выполнен в виде пластины с внешним контуром в форме правильной геометрической фигуры, преимущественно в виде прямоугольника, полая обойма выполнена составной, а фиксатор положения бойков - в виде, по меньшей мере, одного стержня, при этом каждая пластина выполнена с, по меньшей мере, одним посадочным гнездом, концы стержня преимущественно закреплены в стенке одного из составных элементов обоймы, а его средняя часть расположена в сквозном канале, который в наборе бойков образован посадочными гнездами пластин. 13 з.п. ф-лы, 25 ил.

Рабочая головка устройства образована полой составной обоймой, набором бойков и фиксатором положения бойков. Обойма состоит из полого корпуса 6, который жестко и неподвижно соединен с фланцем 3 волновода 2 и охватывает излучающий торец волновода, и полой втулки 7, которая посредством резьбового соединения взаимосвязана с корпусом 6, выполнена с квадратным сквозным отверстием 8 и охватывает набор 9 бойков. Каждый из бойков выполнен в виде прямоугольной пластины 10, которая имеет прямолинейный рабочий торец и установлена с возможностью возвратно-поступательного движения относительно излучающего торца волновода. Фиксатор положения бойков состоит (см. фиг.1-3) из двух эластичных (вакуумная резина) цилиндрических стержней 11, концы которых установлены в отверстиях, выполненных в стенках втулки 7 (позициями не обозначены), и закреплены посредством шпилек 12. Средняя часть стержней фиксатора расположена в сквозных каналах 13, образованных в наборе бойков 9 посадочными гнездами 14 пластин 10, которые выполнены в виде радиусных выемок, и радиусными углублениями (позициями не обозначены), которые выполнены во втулке 7. Радиус выемок 14, центр симметрии которых расположен со смещением относительно поперечной оси симметрии пластины в сторону излучающего торца волновода 2, несколько превышает радиус стержней 9 фиксатора, а их форма соответствует форме поперечного сечения стержней. Пластины 10 изготовлены из высокопрочного материала, в наборе все они имеют одинаковые высоту и ширину и постоянное по их высоте поперечное сечение. Рядом расположенные пластины установлены с некоторым зазором между собой, необходимым для их скольжения одна относительно другой.

Предлагаемое устройство (см. фиг.1) работает следующим образом.

Перед началом его эксплуатации осуществляют сборку рабочей головки. Для этого пластины 10 компонуют в единый набор 9 и устанавливают его в квадратном отверстии 8 втулки 7, закрепляя (фиг.2) посредством стержней 11 и шпилек 12 фиксатора, располагая стержни 11 в углублениях втулки и в посадочных гнездах (выемках) 14 пластин 10, т.е. в сквозном канале 13. Затем втулку 7 свинчивают с корпусом 6. Причем для ряда технологических процессов наиболее целесообразным представляется такой вариант свинчивания втулки 7 с корпусом 6, по окончании которого между верхней поверхностью набора бойков 9 и излучающим торцом волновода 2 имеется некоторый зазор, величина которого составляет, например, 0,5-2 миллиметра. После завершения сборки рабочей головки в полый корпус 5 с помощью системы циркуляции подают техническую воду для охлаждения электромеханического преобразователя 1, создавая тем самым для него оптимальный режим работы. Затем обмотку возбуждения 4 преобразователя подключают к ультразвуковому генератору, например к У3Г-2-10 (на чертежах не показан), и включают его, обеспечивая тем самым готовность устройства к работе.

Вывод: мы провели патентно-технический поиск устройств для ультразвуковой обработки поверхности изделий. В процессе поиска основными критериями являлись: надежность, широкое применение в разных отраслях промышленности, высокая эффективность. Всем этим требованиям в полной мере отвечает патент №4. Изобретение обеспечивает расширение технологических возможностей устройства и упрощение его конструкции при повышении эффективности обработки изделий.

Приложение № 2

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СТАНОК СЕРИИ «САПФИР»

СУЗ-0,4/22-О

Назначение: выполнение сквозных и глухих отверстий произвольной формы в керамиках, стеклах, ювелирных изделиях, полупроводниках, ферритах и т.п.

Комплектация: электронный генератор, малогабаритная пьезоэлектрическая колебательная система в металлическом корпусе с принудительным воздушным охлаждением и станина. Колебательная система может устанавливаться на станину станка для вертикальной подачи или использоваться без станины при выполнении отверстий в вертикальных стенках или труднодоступных местах. Комплектуется набором сменных рабочих инструментов различного диаметра и формы (по согласованию с Заказчиком).

120 000 p

Размещено на Allbest.ru