Это устройства для увеличения амплитуды колебательного смещения частиц среды, то есть интенсивности ультразвука. Применяются 2 типа концентратора фокусирующие (для создания ультразвуковых колебаний вне концентратора) и стержневые. Фокусирующие концентраторы приведены на рисунках 6.12 и 6.13.

В качестве излучающего элемента (рис. 6.12) может служить сферическая оболочка, которая колеблется на частоте резонанса по толщине. Возбуждается оболочка пьезокерамическими платинами, имеющими туже резонансную частоту и покрывающими ее сплошь в виде мозаики. Излучение колебаний в полость с водой и сходящая сферическая волна фокусируется у основания стакана с исследуемым объектом. Полость стакана отделяется от контактной среды звукопрозрачной пленкой. В качестве контактной среды может использоваться также твердое вещество с малым поглощением звука (рис. 6.13). Стержневой концентратор – твердый стержень переменного сечения или переменой плотности, присоединяемой к излучателю более широким концом или частью с большей плотностью материала. Принцип действия основан на увеличении амплитуды колебаний частиц стержня в результате уменьшения его поперченного сечения или плотности по закону сохранения количества движения. Увеличение амплитуды тем больше, чем больше различия диаметров или плотностей противоположных торцов стержня. Такие концентраторы работают при частотах от 18 до 100 кГц на резонансной частоте, то есть их длина должна быть кратна целому число полуволн. Максимальный линейный размер широко конца концентратора должен быть меньше λ/2. Коэффициентом усиления концентратора К называется отношение амплитуды смещений (или скоростей) на его узком A 0 (V 0) и широком A n (V n) его концам.

Стержневые концентраторы квалифицируют:

· По форме продольного сечения (ступенчатые, конические, экспоненциальные, катеноидные, ампульные)

· По форме поперечного сечения (круглые, клинообразные и другие)

· По количеству последовательно соединенных резонансных концентраторов полуволновой длины (одно, двух и так далее ступенчатые)

На рисунке 6.14 показаны различные типы полуволновых концентраторов, а также распределение амплитуд смещений A и напряжение Δ. Различают 2 режима работы концентраторов: колебательный режим вне нагруженном состоянии (режим стоячей волны), режим бегущей волны при нагрузке на полностью поглощающую активную среду. Степень приближения колебаний к режимам бегущей или стоячей волны определяется коэффициентом бегущей волны:

A 0 min – амплитуда смещений в узловом сечении

A 0 max – амплитуда смещений в пучности колебаний

Переменная площадь по сечению концентратора можно обеспечить, изменяя их внутренний профиль (рис. 6.15). Концентраторы могут изготавливаться из титановых сплавов (минимальные акустические потери, высокая амплитуда колебаний, усталостная прочность), однако соединение титана с магнитострикционными материалами затруднено, чаще концентраторы изготавливают из сталей 40Х и 45. Соединение звеньев колебательной системы выполняют в узлах деформации или пучностях смещений, где механические напряжения минимальны.

Соединение ферритовых преобразователей с концентратором клеевое. Пьезокерамических преобразователей с помощью накладок и стяжных болтов, кроме колебательной систем с продольными колебаниями используют системы с изгибными и крутильными колебаниями (рис. 6.16). Могут применяться пьезокерамические преобразователи крутильных колебаний из двух полуцилиндрических пьезоэлементов поляризованных в круговую, и соединенных вместе клеем (рис. 6.17). Однако они не обеспечивают высокой излучающей мощности. Для устранения этого применяют конструкции, приведенные на рисунке 6.18. Между частотопонижающими накладками (рис. 6.18.а) с помощью болта и гайки закреплены пьезокерамические кольца, набранные из отдельных секций пьезокерамики и серебряных электродов (рис. 6.18.б). Пьезокерамика поляризуется по периферии как одно целое.

Применяются акустические колебательные системы много направленной передачи ультразвуковой энергии, которые преобразовывают колебания по нескольким направлениям или аккумулирует энергию от нескольких источников в одном направлении (рис. 6.19-6.20).

Для передачи ультразвуковых колебаний от преобразователя на рабочий инструмент или в рабочую среду в ультразвуковых установках применяют концентраторы и волноводы; последние имеют постоянную площадь поперечного сечения и цилиндрическую форму.

Волноводы применяют, когда нет необходимости в усилении амплитуды колебаний преобразователя. Концентраторы являются трансформаторами скорости; они имеют переменную площадь поперечного сечения чаще цилиндрической формы. Благодаря такому сечению они преобразуют ультразвуковые колебания малой амплитуды, сообщаемые преобразователем и сосредоточенные на его входном торце, в колебания большей амплитуды выходного торца. Последние сообщаются рабочему органу (инструменту) ультразвуковой установки. Усиление амплитуды происходит из-за разницы площадей входного и выходного торцов концентратора - площадь первого (входного) торца концентратора всегда больше площади второго.

Волноводы и концентраторы должны быть резонансными, т. е. их длина должна быть кратна целому числу полуволн (λ/2). При этом условии создаются наилучшие возможности для согласования их с источником питания, колебательной системой в целом и присоединяемой к ним массой (рабочим инструментом).

Рис. 14. Концентраторы полуволновой длины

В ультразвуковых технологических установках наибольшее применение имеют концентраторы экспоненциальной (рис. 14, а), конической (рис. 14, б) и ступенчатой форм. Последние выполняют с фланцем (рис. 14, в) или без него (рис. 14, г). Встречаются и конические концентраторы с фланцем (например, в преобразователе типа ПМС-15А-18), а также комбинированные концентраторы, у которых ступени выполняют разной формы.

Концентраторы и волноводы могут быть неотъемлемой частью колебательной системы или сменным ее элементом. В первом случае они припаиваются непосредственно к преобразователю. Сменные концентраторы соединяют с колебательной системой (например, с переходным фланцем) посредством резьбы.

У концентраторов площадь поперечного сечения изменяется по определенной закономерности. Основной характеристикой их является теоретический коэффициент усиления К, показывающий, во сколько раз амплитуда колебаний его выходного торца больше амплитуды на входном торце. Этот коэффициент зависит от соотношения N диаметров входного D1 и выходного D2 торцов концентратора: N=D1/D2.

Наибольший коэффициент усиления амплитуды при одном и том же значении N обеспечивается ступенчатым концентратором. У него К=N2. Этим объясняется широкое применение концентраторов ступенчатого типа в различных ультразвуковых установках. Кроме того, эти концентраторы проще других в изготовлении, что подчас является важнейшим условием для успешного применения ультразвуковой обработки . Расчет ступенчатого концентратора гораздо проще, чем концентраторов других типов.

Значение коэффициента усиления амплитуды ступенчатого концентратора принимают с учетом предотвращения возможности возникновения боковых колебаний, что наблюдается при больших коэффициентах усиления (К>8...10), а также его прочностных данных. На практике коэффициент усиления у ступенчатого концентратора принимают равным от четырех до шести.

Резонансную длину ступенчатого концентратора lр определяют из выражения lр=а/2=С/2f, где X - длина волны в стержне постоянного сечения, см; С - скорость продольных волн (для стали С=5100 м/с); f - резонансная частота, Гц.

Для расчета ультразвукового трансформатора скорости, роль которого в рассматриваемой схеме выполняет ступенчатый концентратор, воспользуемся общей формой уравнения продольных колебаний (2.1). Поскольку и в данном случае справедливо допущение о том, что концентратор имеет собственную частоту и осуществляет гармонические колебания, решение уравнения (2.1) можно представить в виде

Аналогично для цилиндра, эквивалентного по массе алмазной выглаживающей головки с элементами крепления к концентратору колебаний, можно записать

, (2.18)

где с 4 - скорость звука в материале цилиндра, эквивалентного по массе выглаживающему инструменту с элементами крепления.

Граничные условия для колебательной системы с началом координат в точке O 2 могут быть записаны как

При ; (2.19)

при ; (2.20)

при , (2.21)

где E 4 - модуль упругости на растяжение материала конструктивного элемента выглаживающей головки; S 3 и S 4 - площади поперечного сечения малой по диаметру ступни концентратора и эквивалентного цилиндра соответственно; a 2 - длина ступени малого диаметра концентратора; b - высота эквивалентного цилиндра.

При условии (2.19) из уравнения (2.17) получаем

;

. (2.22)

Учитывая первую часть условия (2.20), из уравнений (2.17) и (2.18) получим

Вторая часть условия (2.20) может быть преобразована к виду

. (2.24)

Длину ступени большего диаметра концентратора определим из выражения (2.27), учитывая, что, вследствие отсутствия на конце ступенчатого концентратора нагрузки в виде алмазной выглаживающей головки с элементами крепления, и :

. (2.28)

Для трансформатора скорости с 1/2 - волновой акустической системой, когда длина одной ступени равняется 1/4 и , имеем

Для цилиндра, эквивалентного по массе выглаживающей головке с элементами крепления, можно записать

. (2.30)

. (2.31)

б) 3/4 - волновой ультразвуковой вибрационный привод

Колебательная система такого привода имеет одну возможную точку крепления, что позволяет уменьшить длину привода на 1/4 акустической волны . Для возможности жесткого крепления пьезоэлектрический составной преобразователь в такой схеме обычно выполняют несимметричным (рис.2.3). При этом ступень меньшего диаметра трансформатора скорости с инструментом выглаживания присоединяют непосредственно к пучности колебаний, которая находиться на торце составного преобразователя. Поэтому эту ступень следует рассматривать в качестве нагрузки пьезоэлектрического преобразователя, что соответственно накладывает особенности на расчет одной из его частотопонижающих накладок.

Для случая гармонических колебаний привода в соответствии с расчетной схемой (рис.2.3) решение общего уравнения (2.1) продольных колебаний можно записать в виде

, (2.32)

. (2.33)

Граничные условия в соответствии расчетной схемой можно представить как

Пленка обладает способностью надежно сцепляться с зернами полирующего материала, находящегося на полировальнике. При движении полировальника – пленка удаляется со стеклом и образуется новая пленка.

Разложение стекла и образование пленки происходит в доли секунды. С химической точки зрения полирование можно рассматривать как непрерывное удаление пленки со стекла и ее незамедлительное образование.

Полирование следует рассматривать как сложный физико-химический процесс срабатывания стекла.

Полирование деталей производится на станке В1.М3.105.000 водным раствором полирита оптического.

Обработка выполняется при числе оборотов шлифовальника 40 об/мин.

Фиксация деталей на приспособлении осуществляется зуботехническим воском.

Полирит является основным полирующим порошком, применяемым в оптической промышленности. Он имеет коричный цвет и по химическому составу является смесью окислов редкоземельных элементов. В основном он содержит окись церия (не менее 45%). Плотность полирита 5,8-6,2*103 кг/м3.

Весьма важной для успешного осуществления полирования является проблема правильного выбора полировальника. К параметрам материалов полировальников можно отнести их относительную жесткость, строение поверхностного слоя материала, наличие ворсистости и ее характер.

Эти параметры непосредственно влияют на производительность процесса, точность геометрических параметров и шероховатость отполированной поверхности. Чем выше жесткость полировальника, тем меньше утапливание абразивного зерна под воздействием нагрузок и тем больше давление в зоне контакта абразивного зерна с материалом детали. Это давление может привести к увеличению глубины внедрения абразивного зерна в материал детали, что может сопровождаться некоторым повышением производительности процесса с одновременным ухудшением класса шероховатости поверхности и увеличением глубины нарушенного слоя, так и к разрушению абразивного зерна, которое может вызвать кратерообразное выкалывание материала детали. Повышение жесткости материала полировальника позволяет уменьшить характерные для полирования дефекты геометрических параметров стекла – завала краев и волнистость поверхности.

Для полирования деталей применяется молескин. Его поверхностный слой выполнен в виде ячеек хорошо закрепляющих частицы полирита, которые осуществляют микрорезание поверхности детали. Хорошая смачиваемость этого материала абразивной суспензией облегчает периодическую смену абразивных частиц в ячейках полировальника.

Рис.26. Блок схема технологический процесс механической обработки пластины из электровакуумного стекла С40-1

Технологический процесс механической обработки Поликора . с учетом применения ультразвукового фрезерования представляет собой совокупность последовательного выполнения следующих операций:

Плоскошлифовальная.

Шлифование деталей из керамики производится на профилешлифовальном станке JE525 алмазным кругом прямого профиля, зернистостью 80/63; связка бакелитовая Б1; концентрация зерен алмаза – 50%.

Бакелитовая связка позволяет шлифовать весьма хрупкие материалы. Это обусловлено большой упругостью бакелитовой связки по сравнению с керамической. Благодаря такой упругости эта связка несколько уменьшает ударную нагрузку на частицы обрабатываемого материала со стороны абразивных зерен, т. е. создает условия для более плавного их внедрения в материал.

Ультразвуковая.

Основное формообразование выполняется на экспериментальной установке с ультразвуковым инструментом с алмазосодержащим слоем зернистостью 80/63 при числе оборотов шпинделя 2500 об/ мин, подача 0,7 мм/мин и частоте 22 кГц. Детали наклеиваются на пластину из технологического (оконного) стекла мастикой, состоящей из воска, канифоли и парафина. Диаметр инструмента соответствует минимальному диаметру на внешнем диаметре. За одну операцию производится вырезание наружных и внутренних контуров.

Для очистки стеклянных деталей после полирования применяются промывочные жидкости, которые можно разделить на органические растворители и горячие щелочные растворы.

Очистка деталей от остатков мастики и различных загрязнений проводится последовательно в толуоле, перекисно-аммиачном растворе с последующей промывкой в протоке дионизованной воды. Далее детали проходят очистку и сушку в изопропиловом спирте. Кипячение в изопропиловом спирте обезвоживает (освобождает от влаги) и вместе с тем дополнительно очищает. Детали выдерживаются на воздухе до полного испарения изопропилового спирта.

Рис.27. Блок схема технологического процесса механической обработки Поликора.

6. Расчет ступенчатого концентратора.

6.1. Ультразвуковые концентраторы и волноводы.

Концентраторы и волноводы выполняют роль звеньев резонансной длины, усиливающих и передающих энергию ультразвука от преобразователя в рабочую зону – к инструменту. Максимальная амплитуда колебаний преобразователей Колл" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">коллебаний инструмента и согласования преобразователя с нагрузкой применяют ультразвуковые концентраторы (трансформаторы скорости). Стержни или трубки постояного сечения, соединяющие преобразователь или концентратор с нагрузкой, называют ультразвуковыми волноводами.

В зависимости от типа колебаний концентраторы и волноводы могут быть продольных, изгибных или поперечных колебаний. Возможны волноводы и других и более сложных типов колебаний. Ведутся работы по созданию волноводов многонаправленной передачи колебаний и колебательных систем с различными типами колебаний.

Составляя вместе несколько волноводов, можно получить различные варианты многонаправленной передачи акустической энергии. Такие системы могут быть использованы как для многонаправленной передачи колебаний от одного преобразователя, так и в качестве аккумулирующей системы, когда энергия от нескольких источников передается в одном направлении. Волновод для преобразования радиальных колебаний в продольные представляет собой диск, в котором на периферии укреплены преобразователи в этом случае на торцах цилиндра, соединённого с диском, возникают продольные колебания.

6.2. Характеристики Концентраторов.

Фокусирующие концентраторы выполняются обычно либо в виде зеркальных систем, либо в виде так называемых фокусирующих ультразвуковых излучателей сферической или цилиндрической формы. Последние изготовляются чаще всего из пьезоэлектрической керамики и колеблются на резонансной частоте по толщине. Применяются также цилиндрические магнитострикционные излучатели. Фокусирующие концентраторы применяются как в лабораторной практике, так и в промышленности, главным образом в установках технологического применения ультразвука: ультразвуковой очистки, диспергирования, получения аэрозолей и др. В фокальном пятне фокусирующих концентраторы собирается до 90% всей излучаемой звуковой энергии. Т. к. для хорошего фокусирования необходимо, чтобы размеры концентраторы были велики по сравнению с длиной волны, то этот тип концентраторов применяется главным образом в области высоких ультразвуковых (105 Гц и выше) частот. С их помощью получают интенсивности 103- 104 вт/см2. Схема фокусирующего сферического излучателя показана на рисунке 28.

Рис. 28 − Схема фокусирующего сферического излучателя из пьезокерамики, колеблющегося по толщине

Волноводный концентратор (иногда называют механическим трансформатором) представляет собой отрезок неоднородного (сужающегося) волновода, концентрация энергии в котором происходит в результате уменьшения сечения. Широкое распространение получили резонансные волноводные концентраторы в виде металлических стержней полуволновой длины с сечением, изменяющимся плавно по определённому закону или скачками. Такие концентраторы могут давать усиление по амплитуде в 10-15 раз и позволяют получить в области частот ~ 104 Гц амплитуды колебаний до 50 мкм. Применяются в ультразвуковых станках для механической обработки, в установках ультразвуковой сварки, ультразвуковых хирургических инструментах и т. д. Схема волноводных акустически концентраторов представлены на рисунке 29.

Для ультразвуковой обработки наибольшее распространение получили экспоненциальные конические и симметричные ступенчатые концентраторы. Приведенная ниже методика расчета указанных концентраторов позволяет довольно просто и с достаточной для практического использования точностью получить данные для их проектирования.

Исходные данные для расчета концентратора:

D2 – диаметр обрабатываемого отверстия 14 мм

n – коэффициент усиления амплитуды 5

f – резонансная частота преобразовакГц

6.3. Способы крепления инструмента к концентратору.

Наилучшими эксплуатационными свойствами обладают инструменты, изготовленные как единое целое с концентратором.

Однако, ввиду износа, такой инструмент имеет ограниченный срок работы. Количество деталей, изготавливаемых одним инструментом, зависит от обрабатываемого материала, характера операции, требуемой точности обработки.

https://pandia.ru/text/78/173/images/image128.png" width="244" height="25">

(по рис. Т. к мощность станка 2,5 кВт берем 56 мм)

Оптимальное соотношение между диаметрами ступеней определяется по экспериментальным кривым, изображенным на рис. 31.

2) Определяется расчетная длина концентратора (https://pandia.ru/text/78/173/images/image132.png" width="328" height="49">

также расчетную длину концентратора можно определить по экспериментальным кривым рисунок 31.

Скорости звука в различных материалах, применяемых для изготовления концентраторов, приведены в таблице 2.

Таблица 2

3)Вес концентратора может быть определен из выражения:

На рис. 32. представлен ступенчатый концентратор для обработки отверстий диаметром 29,6 мм с коэффициентом усиления амплитуды n=5 и резонансной частотой f=19кГц.

Рис. 32- ступенчатый концентратор

Для ступенчатых концентраторов https://pandia.ru/text/78/173/images/image140.png" width="178" height="49">

где S1 и S2 - площади поперечного сечения большой и малой ступеней.

N – коэффициент площади.

7. Анализ опасных и вредных производственных факторов.

Выбранные параметры освещения не противоречат требованиям ГОСТ 12.3.025-80, согласно которым в механосборочных цехах освещенность общего освещения должна быть не менее 300 лк.

ГОСТ 12.1.003 - 83 устанавливает пре­дельно-допустимые условия постоянного шума на рабочих местах, при которых шум, действуя на работающего в течение восьмичасового рабочего дня, не приносит вреда здоровью. Нормирование ведется в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Согласно ГОСТ 12.1.003 не должен превышать 85 дБА, на рабочих местах: при слесарной – 75…100 (высокий уровень шума), при шлифовальной с ЧПУ – 80 дБА, при ультразвуковой – 60 дБА.

Источниками шума и вибрации в проектируемом цехе являются:

Станки для обработки металлов (шлифовальные, слесарные, ультразвуковые);

Для защиты от шума и вибрации предусмотрены следующие меры по снижению уровней шума и вибрации:

Акустическая обработка помещения (установка звукопогло­щающих экранов, кожухов, установка звукоизолирующих ограждений);

Установка шумоглушителей в вентиляционных системах .

Значительное снижение шума достигается при замене подшипни­ков качения на подшипники скольжения (шум снижается на 10дБА), металлических деталей – деталями из пластмасс.

Проведение указанных мер позволит снизить значения уровней шума и виброскорости до значений, не превышающих допус­тимых (ГОСТ 12.1.003, ГОСТ 12.1.012).

В соответствии с ГОСТ 12.1.030 проектируемый цех удовлетворяет требованиям электробезопасности (все станки заземлены). Опасность поражения электрическим током отсутствует.

8. Мероприятия по обеспечению безопасных условий труда.

Основными требованиями охраны труда , предъявляемые к изделию и технологическому процессу, являются:

– безопасность для человека;

– надежность и удобство в эксплуатации оборудования, используемого в данном технологическом процессе.

Таким образом, эксплуатация ультразвукового станка для размерной обработки должна сопровождаться с соблюдением всех требований безопасности , определяемых по:

ГОСТ 12.2.009-80 «Система стандартов безопасности труда. «Станки металлообрабатывающие»

ГОСТ 12.3.024-80 «Система стандартов безопасности труда. «Травмобезопасность»

Основными причинами травматизма при работе на станках могут быть:

– движущиеся механизмы станков;

– острые элементы обрабатываемой детали и приспособления для ее закрепления;

– неисправность ручного инструмента;

– токопроводящие части установок или части станка, случайно попавшие под напряжение;

– плохая конструкция рабочего места станочника;

–плохое освещение рабочего места;

Для рабочего, который будет работать на данном станке, требования охраны труда можно представить в виде следующих факторов:

– параметры микроклимата;

– производственное освещение;

– производственные шумы;

– производственные вибрации;

9. Параметры микроклимата.

Параметрами микроклимата, сопровождающие трудовую деятельность каждого участника технологического процесса являются:

– температура окружающей среды, t, °С;

– скорость движения воздуха, W, м/с;

Оптимальные и допустимые значения данных параметров устанавливаются для всей рабочей зоны производственного помещения, при этом учитывается время года, тяжесть выполняемой работы.

В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 в цехе будут поддерживать­ся оптимальные параметры микроклимата (таблица 3).

Таблица 3 – Параметры микроклимата

Заданные параметры микроклимата поддерживаются системами отопления и вентиляции.

В соответствии с СН 245-71(88) при удельном объеме более 40 м3/чел разрешается использовать в производственных помещениях обще­обменную систему вентиляции. Для удаления образующихся пыли и аэрозолей СОЖ предусматриваются местные вытяжные системы вентиляции.

Для поддержания температуры в помещении (особенно в зимнее время) в цехе предусмотрена водяная система отопления и электрокаллориферы с вентиляторами, которые создают тепловые завесы у ворот и входных дверей в зимнее время.

10. Производственное освещение.

В помещении цеха производственного здания предус­мотрено естественное и искусственное освещение.

Естественное освещение – верхнее (через фонари) и боковое двухстороннее (через боковые проемы в стенах здания).

Искусственное освещение – комбинированное, состоящее из общего и местного освещения. Общее освещение реализовано с помощью ртутных га­зоразрядных ламп высокого давления типа ДРЛ-400(700,1000). Местное осве­щение реализовано с помощью ламп накаливания напряжением 36 В.

Производственное освещение в цехах металлообработки нормируется в соответствии со СНиП 23.05.95.

В уточнении для механических цехов и прецизионных металлорежущих станков можно привести следующие нормы освещенности (таблица 4):

Для местного освещения применяются светильники установленные на станке и отрегулированные так, чтобы освещенность рабочей зоны была не ниже установленных значений.

Светильники, используемые для местного освещения, должны быть оборудованы светонепроницаемыми отражателями с защитным углом не менее 30°.

Чистка стекол, оконных проемов и световых фонарей производится не реже двух раз в год.

10.1. Расчет искусственной освещенности.

Освещение рабочего места – наиболее важный фактор создания нормальных условий труда. Недостаточное освещение рабочего места может вызвать быстрое утомление глаз, потерю внимания и, как следствие, привести к производственной травме.

Минимальная освещенность рабочего места должна составлять не менее Еmin=400лк.

Определяем расстояние между лампами:

где h= 5 м – высота установки лампы над уровнем пола.

Таким образом l=1,4*5=7м.

Определяем размеры цеха, в котором производится токарная обработка:

размер цеха А = 8 м; В = 20 м.

площадь помещения S = А*В = 160м2

3. Определяем количество ламп в цехе:

Принимаем n=12 штук.

4. Определяем требуемый световой поток:

где: k=1.3 – коэффициент запаса мощности лампы,

b=0,47 – коэффициент использования осветительной установки,

z=0,9 – коэффициент неравномерности освещения,

Световой поток одного светильника:

Такую величину светового потока обеспечивает светильник типа ДРЛ мощностью 200 Вт со световым потоком Fл=4,3*103лм.

1) Определяем фактическую освещенность:

11. Охрана окружающей среды.

В эпоху современной научно-технической революции чрезвычайно острой стала про­блема нарушения экологического равновесия, выражающегося в ухудшении качества окружающей среды в результате загрязнения ее производственными отходами. Постоянно возрастающее их количество угрожает самоочистительной функции биосферы , нару­шает экологическое равновесие, в конечном счете, угрожает неблаго­приятными последствиями для человека. Загрязнение окружающей среды связано с потреблением и производством электроэнергии, сельскохозяйственным производством, развитием транспорта, атомной промышленности и других отраслей. Промышленно развитые страны уже сейчас начинают испытывать недостаток в чистой воде. Промышленность потребляет все больше кислорода, возрастает выделение углекислого газа. В настоящее время про­изводственная деятельность человека достигла таких масштабов, что она вызывает изменения не только отдельных биогеоценозов (степных, луговых, полевых, лесных и др.), но и ряда исторически сложившихся процессов в пределах всей биосферы.

При производстве лопаток ТНД все неблагоприятные и вредные вещества перерабатываются в соответствии с требованиями по охране труда: жидкие отходы производства , такие как моечный раствор, из моечной машины, отработанная СОЖ вывозят на станции нейтрализации, твердые отходы металлическая стружка сдают на пункты по сбору металлоотходов.

12. Очистка воздуха.

При шлифовальных работах происходит выделение пыли. Наибольшее применение для очистки воздуха от пы­ли с размером частиц более 10 мкм получили циклоны. Их устройство простое и эксплуатация не­сложная, они имеют сравнительно небольшое гидравли­ческое сопротивление (750-1000 Па), высокие эконо­мические показатели. Циклоны длительно эксплуати­руют в разнообразных условиях окружающей среды при температурах воздуха до 550 К.

Циклоны (рисунок 22) применяют для очистки воздуха от сухой неволокнистой и неслипающейся пыли. Пылеотделение в циклонах основано на принципе центробежной сепа­рации. Попадая в циклон по касательной через вход­ной патрубок /, воздушный поток приобретает вращательное движение по спирали и, опустившись в низ конической части корпуса 3, выходит наружу через центральную трубу 2. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к стенке циклона и опускаются в нижнюю часть циклона, а оттуда в пылесборник 4.

Рис. 33 – Пылеуловитель: Циклон

12.1. Загрязнения и очистка воздуха рабочей зоны

Обработка металлов сопровождается выделением стружки, паров воды, туманов масел и эмульсий.

Предельно допустимые концентрации некоторых наиболее распространенных веществ в воздухе рабочей зоны(таблица 5):

ГОСТ 12.2.009-80 «Система стандартов безопасности труда. «Станки металлообрабатывающие. Общие требования безопасности» предусматривает устройство для удаления пыли, мелкой стружки и вредных примесей на металлообрабатывающих многоцелевых станках.

Таблица 5 – Предельно допустимая концентрация

ГОСТ 12.3.025-80 «Система стандартов безопасности труда. «Обработка металлов резанием. Требования безопасности» к процессу обработки металлов с применением смазочно-охлаждающих жидкостей предъявляет следующие требования:

смазочно-охлаждающие жидкости должны иметь разрешение Министерства здравоохранения;

отсутствие сплошной или точечной коррозии при воздействии СОТС на образец с шероховатостью Ra = 0,63 в течение 24 часов;

СОТС, подаваемая в зону резания методом распыления, должна соответствовать гигиеническим требованиям;

Уборка рабочих мест от стружки и пыли должна исключать пылеобразование.

Вентиляция - это организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного промышленными вредностями воздуха. - механическую. Виды вентиляции за счет естественный условий. Естественная вентиляция создает необходимый воздухообмен за счет разности плотности теплого и холодного воздуха, находящегося внутри помещения и более холодного снаружи, а также за счет ветра. Схема вентиляция для нашего участка представлена на рисунке 34.

Рис.34− Схема вентиляции промышленного здания.

Различают бесканальную и канальную аэрацию. Первая осуществляется при помощи фрамуг (поступление воздуха) и вытяжных фонарей (выход воздуха), рекомендуется в помещениях большого объема и в цехах с большими избытками тепла. Канальная аэрация обычно устраивается в небольших помещениях и состоит из каналов в стенах, а на выходе каналов на крышках устанавливаются дефлекторы-устройства, создающие тягу при обдувании их ветром. Естественная вентиляция экономична и проста в эксплуатации. Недостатками ее является то, что воздух не подвергается очистке и подогреву при поступлении, удаляемый воздух также не очищается и загрязняет атмосферу. Механическая вентиляция состоит из воздуховодов и побудителей движения (механических вентиляторов или эжекторов). Воздухообмен осуществляется независимо от внешних метеорологических условий, при этом поступающий воздух может подогреваться или охлаждаться, подвергаться увлажнению либо осушению. Выбрасываемый воздух подвергается очистке. Приточная система вентиляции производит забор воздуха через воздухозаборное устройство, затем воздух проходит через калорифер, где воздух нагревается и увлажняется и вентилятором подается по воздухопроводам в помещение через насадки для регулировки притока воздуха. Загрязненный воздух вытесняется через двери, окна, фонари, щели. Вытяжная вентиляция удаляет загрязненный и перегретый воздух через воздухоотводы и очиститель, а свежий воздух поступает через окна, двери и неплотности конструкций.

Местная вентиляция проветривает места непосредственного выделения вредностей и она также может быть приточной или вытяжной. Вытяжная вентиляция удаляет загрязненный воздух по воздуховодам; воздух забирается через воздухоприемники, которые могут быть выполнены в виде: Местные отсосы устраиваются непосредственно у мест выделения вредностей: у электро и газосварочных рабочих мест, в зарядных отделениях аккумуляторных цехов, у гальванических ванн. Для улучшения микроклимата ограниченной зоны помещения применяется местная приточная вентиляция в виде воздушного душа, воздушного оазиса-участка с чистым прохладным воздухом, воздушной завесы. Воздушная завеса применяется для предотвращения поступления в помещение наружного холодного воздуха. Для этого в нижней части проема устраивается воздухоотвод со щелью, из которой теплый воздух подается навстречу потоку холодного под углом 30-45 град. со скоростью 10-15 м/сек.

В качестве очистителей воздуха на участке целесообразно применять пневмоциклон, представленный на рисунке 35.

Рис. 35 – Пневмоциклон

Взвешенные частицы отделяются от газового потока под действием центробежных и инерционных сил. Запыленный газовый поток тангенциально поступает через входной патрубок в корпус, где за счет направляющих последовательно разделяется на отдельные потоки с дальнейшей центробежной сепарацией пыли. Крупнодисперсная пыль оседает на стенках направляющих и корпуса и выпадает в бункер для сбора пыли.
Газы с мелкодисперсной пылью, разделенные на отдельные потоки поступают на лопасти розетки, где меняют направление на 180°. В этот момент мелкодисперсная пыль выпадает в нижнюю часть розетки, а затем в бункер для сбора пыли и пылесборник. Очищенные газы выходят из пылеуловителя по внутреннему каналу розетки через выходной патрубок.

13.Вывод по разделу.

Таким образом, был проведен анализ опасных и вредных производственных факторов, возникающих на участке ультразвуковой размерной обработки. Проведен расчет местного освещения необходимого для безопасной работы на ультразвуковом станке. Были предложены мероприятия по защите окружающей среды направленные на защиту от загрязнения воздуха рабочей зоны. Процесс ультразвуковой размерной обработки является безотходным и экологически безопасным.

14.Общее заключение по работе.

Подводя итоги проведённой дипломной работы можно сказать, что применение ультра­звука позволяет не только повы­сить производительность и снизить износ инструмента, но и вести обра­ботку более тонкостенных деталей за счет снижения сил резания Р z . В процессе ультразвуковой обра­ботки снижается также вероят­ность сколов и разрушения де­талей. Детали для которого был разработан процесс выполнил основные предъявляемые требования к ним. А именно: в стекле наличие недопустимо наличие трещин, не в одном из приведённых экспериментов их не было. На торцевых поверхностях пластин допускались отдельные сколы длиной не более 1 мм с выходом на рабочую поверхность шириной не более 0,2 мм, на нерабочую поверхность шириной не более 0,3 мм. Средний износ инструмента составляет 0,03 % на изготовление одной детали из поликора и 0,035 % на деталь из стекла С-40. Основное формообразование детали должно достигаться за счет инструмента и операции ультразвукового фрезерования. Удалось сократить количество операций на изготовление детали, тем самым удалось сократить время изготовления детали на 25-30%. В настоящее время станочное оборудование данного типа стоит около 15 миллионов рублей. Установка на которой делались эксперименты оценивается чуть больше 1,7 миллиона.

На основе проведенных экспериментов был создан отчет и отправлен на предприятие заказчика. В случае положительного результата по параметрам производительности, надежности, и удовлетворения количества годных будет заключен контракт на 2 подобных станка. Помимо предприятия указанного в дипломе подобное оборудование широко заинтересует и другие приборные производства. Конструкция головки позволяет производить не только ультразвуковое фрезерование алмазным инструментом, но и без него. Данная возможность в купе с системой ЧПУ может использоваться для производства деталей сложной формы, выполняя функцию обычного фрезерно-гравировального оборудования.

15.Список литературы.

1. , Ш. Швегла: Ультразвуковая обработка материалов (1984 г. 282 с.)

2. , : Ультразвуковая обработка металлов (1966 г. 157с.)

3. : Ультразвук в машиностроении (1974 г. 282 с.)

4. Е. Кикучи под ред. : Ультразвуковые преобразоваг. 423с.)

5. : Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки (1971 г. 543 с.)

6. «Ультразвуковая обработка материалов» - М. «Машиностроение», 1980

7. «Технологические процессы обработки стекла в электровакуумной промышленности» - М. ЦНИИ «Электромеханика», 1972

РАБОТА № 3

Цель работы:

определение оптимальной формы и проведения расчетов параметров и геометрических размеров волноводов - концентраторов для ультразвуковой обработки материалов.

Теоретические положения

Практическая часть:

Расчет ступенчатого волновода:

f - резонансная частота.

V - скорость звука.

X 0 = L/2; X 0 - положение узловой плоскости - место крепления волновода

K у = N 2 = (D/d) 2 , где D и d диаметр входного и выходного торцов волновода

Сталь: V= 5100

Титан: V= 5072

Решение:

L 1 = 5200/2*27=5100/54=94,4 (мм)

L 2 =5200/54=96,2 (мм)

L 3 =5072/54=93,9 (мм)

X 01 =94.4/2 =47,2 (мм)

X 02 =96,2/2 =48,1 (мм)

X 03 =93,9/2=46,9 (мм)

К у =(1,2) 2 =1,4

Вывод:

В данной работе мы ознакомились с ультразвуковым концентратором со ступенчатым волноводом. Сделали расчет волновода решением дифференциального уравнения,описывающего колебательный процесс при условии,что колебания носят гармонический характер. В процессе работ были найдены диаметры входного и выходного торцов волновода. От его диаметров зависит коэффициент усиления сигнала.

Работа №4

Волноводы – концентраторы - передатчики механической энергии ультразвуковой частоты в зону обработки материалов

Цель работы:

определение оптимальной формы и проведения расчетов параметров и геометрических размеров волноводов- концентраторов для ультразвуковой обработки материалов.

Теоретические положения

Ввод энергии ультразвуковых колебаний в обрабатываемый материал осуществляется комплексом волновод-инструмент. Механизмы взаимодействия с материалом рассматривается ниже, в следующем разделе. В настоящем разделе рассмотрены типовые методики расчета наиболее распространенных форм волноводов и разновидности инструментов, используемых при обработки сварных соединений.

Из ряда параметров, характеризующих свойство волноводов, важнейшими являются колебательная скорость, напряжение и мощность,которые инструмент способен передать в зону обработки. По упрощенной схеме, при заданном значении амплитуды колебательной скорости, расчет волновода сводится к определению его резонансной длинны, входной и выходной площади, и места его крепления.

Формула для расчета волноводов из решений дифференциального уравнения, описывающего колебательный процесс при условии, что колебания носят гармонический характер, фронт волны является плоским и распространяется волна только вдоль оси волновода без потерь.

Лабораторное оборудование и инструменты

При выполнении лабораторного практикума для ознакомления с оборудованием и более полного понимания принципа работы ультразвукового комплекта студентами, на стендах лаборатории имеется широкий выбор разнообразных волноводов (концентраторов), применяющихся с преобразователями различной формы и мощности.

Имеющиеся волноводы представляют группу из 4х наиболее распространенных форм и изготовлены из акустически проницаемых и обладающих необходимыми прочностными характеристиками материалов.

Для удобства восприятия материала, волноводы выполнены с закрепленным на нем рабочим инструментом - наконечником и без него.

Практическая часть:

Расчет конического волновода

L= λ /2 * kl/ , где kl- корни уравнения

tgkl = kl/1 + (kl) 2 N(1-N) 2

2П / λ = k – волновое число

X 0 = 1/k * arctg(kl/a), где a = 1/N-1

K у = √1+ (2П * 1/λ) 2

Решение:

l = 94, 4; λ = 94, 4 * 2= 188, 8

K = 2 * 3, 14 / 188, 8 = 0, 03

Kl = 0, 03 * 94, 4 = 2, 8

tgkl = 2,8 / 1+ (2,8) 2 * 1,2(1-1,2) 2 = 2

а = 1/1,2-1 = 5

Х 0 = 1/0,03 * arctg (2,8/5) = 0,3

К у = √1 + (2*3,14* 1/188,8) 2 = 1

Вывод:

В данной работе мы ознакомились с ультразвуковым концентратором с коническим волноводом. Сделали расчет волновода решением дифференциального уравнения, описывающего колебательный процесс при условии, что колебания носят гармонический характер. В процессе работ были найдены диаметры входного и выходного торцов волновода. От его диаметров зависит коэффициент усиления сигнала.

Данные волноводы широко используются для обработки металлических конструкций в местах сварных соединений, поэтому очень важно правильно рассчитать параметры инструмента для передачи нужной частоты сигнала.