Процесс ультразвуковой чистки
Ультразвуковая очистка основана главным образом на кавитационных явлениях в жидкостях. Ультразвуковая кавитация связана с тем, что жидкости очень чувствительны к растягивающим усилиям. При прохождении ультразвуковой волны через жидкость в момент разрежения возникают такие усилия. В результате в жидкости образуется очень большое количество разрывов в виде мельчайших пузырьков, которые после кратковременного существования захлопываются. Последнее происходит в момент сжатия в звуковой волне. При этом в микрообъемах жидкости развиваются большие давления ударного характера, достигающие нескольких тысяч атмосфер. Эти давления распространяются во всем объеме «озвученной» жидкости.
Явление роста пузырьков в «озвученной» жидкости в течение полупериода отрицательных давлений ультразвукового поля (разрежение) с последующим захлопыванием их во время положительного полупериода (сжатие) носит название кавитации. Кавитация в жидкостях сопровождается характерным шумом - «шипением».
Явление кавитации
В результате кавитации жидкости на поверхностях твердых тел, помещенных в эту жидкость, возникают кавитационные разрушения и сплошность пленки загрязнений нарушается. В места разрыва этой пленки проникают кавитационные пузырьки, которые перемещаются под ней в результате воздействия на них дополнительных явлений в «озвученной» жидкости (гидродинамические потоки). При этом происходит их рост, а затем захлопывание. В результате часть пленки загрязнения отрывается от поверхности очищаемой детали. Акустические потоки и другие явления, про исходящие в жидкостях под воздействием ультразвука, способствуют эвакуации отдельных частиц загрязнений и улучшают обмен моющего раствора.
Близким по своей физической сущности является процесс удаления заусенцев с мелких металлических деталей. Этот процесс также основан на кавитационных явлениях в жидкостях; здесь в качестве рабочей жидкости используют суспензию-жидкость со взвешенным в ней мелкозернистым абразивным материалом. При воздействии ультразвуковых колебаний на эту суспензию, помещенную, как и обрабатываемые детали, в ванну (рис. 21), в первую очередь в результате кавитационных явлений разрушается место соединения заусенца с поверхностью детали. Граница деталь - заусенец является наиболее слабым местом, поэтому разрушение связи заусенца с деталью происходит быстро без каких-либо следов изъянов на поверхности самой детали. Зерна абразивного материала способствуют этому разрушению и притупляют острые кромки деталей.
Условия протекания процесса
Необходимым условием для протекания этого процесса является свободное перемещение деталей в рабочем объеме с суспензией под действием акустических течений. Для увеличения скорости акустических течений и кавитационного воздействия в рабочем объеме создают избыточное давление. При этом существенно увеличивается скорость акустических потоков жидкости и активизируется кавитационное разрушение заусенцев. Избыточное давление в ванне позволяет зернам абразивного материала и деталям, находящимся во взвешенном состоянии, интенсивно перемещаться относительно друг друга; при этом зерна абразивного материала, имеющие меньшую, чем деталь, массу, успевают многократно воздействовать на нее, ускоряя тем самым снятие заусенцев и притупление ее острых кромок.
Частота ультразвуковых колебаний оказывает главное влияние на эффективность очистки. Увеличение частоты приводит к уменьшению размеров кавитационных пузырьков из-за недостаточного для их роста времени. Соответственно падает эффективность процесса. Снижение рабочей частоты (ниже 18 кГц) приводит к резкому возрастанию шума ультразвуковых очистных установок, что нельзя признать допустимым. Большинство ультразвуковых очистных установок работают на частотах в диапазоне 18-22 кГц. Однако применяют установки, работающие на частотах 40-44 кГц и более.
Ультразвуковые установки для снятия заусенцев работают на частотах 17,5-19,3 и 8 кГц.
