Ултразвуково почистване на детайли

Инструменти, материалиСп. Инженеринг ревю - брой 4/2021 • 24.06.2021

  • Спецификата на конкретното приложение и размерите и количествата на почистваните детайли са главните определящи фактори при избора на подходящо оборудване

  • Ултразвуковите вълни се генерират от пиезоелектрически преобразуватели, вградени в камерата за почистване или потопени във флуида

  • Автоматизираните системи, от една страна, увеличават първоначалната инвестиция, но от друга, осигуряват още по-надеждни резултати, висока ефективност и намалени усилия от страна на персонала

 

При металообработката върху детайлите се задържат различни замърсители, като остатъчни охлаждащи флуиди, смазки, стружки и други, които задължително трябва да бъдат почистени своевременно. Почистването може да бъде извършено ръчно, но резултатите ще бъдат слабо задоволителни. Всъщност е необходимо безупречно отстраняване на всяко замърсяване и наслагвания при обработката от всички повърхности на детайла, в това число и на трудно достъпни елементи, резби и кухини. В противен случай върху повърхността няма да може да се нанесат и задържат трайно финишни покрития като бои, анодизиращи вещества и галванични покрития от какъвто и да е тип.

Оборудването за почистване с ултразвук дава тласък на революционен напредък в процеса на обработка на метални детайли, като в резултат почистването се извършва не само бързо и лесно, но и много по-щателно.

 

Специфика на технологията за ултразвуково почистване

Тази технология за почистване използва ултразвукови вълни, които имат честота, по-голяма от горната граница на човешкия слух (обикновено между 20 kHz и 40 kHz, но понякога и до 1 MHz). Тези ултразвукови честоти се разпространяват в почистващата течност.

Детайлите, които подлежат на почистване, се поставят в камера или вана, съдържаща подходящ разтвор (разтворител на водна или органична основа в зависимост от приложението). При почистване с водна среда често се добавят повърхностноактивни вещества, за да се предизвика разтваряне на неполярни вещества като масла и грес. Ултразвуковите вълни се генерират от пиезоелектрически преобразуватели, вградени в камерата за почистване или потопени във флуида, които преобразуват променливия ток в ултразвук. Вълните се предават в почистващата среда във ваната или контейнера и предизвикват трептения с висока скорост (компресионни вълни), които “разкъсват” течността, оставяйки след себе си милиони микроскопични мехурчета или т.нар. процес на кавитация.

Тези мехурчета се разрушават, като освобождават огромно количество енергия. Чрез кавитация може да се постигнат високи температури и налягания, но поради малкия им размер ефектът, който се постига, е микропочистване и отстраняване на повърхностните замърсявания. Колкото по-висока е честотата, толкова по-малки са възлите между мехурчетата на кавитация, което позволява почистване на по-сложни детайли.

Методът ефективно отстранява индустриални замърсители – прах, ръжда, масла, сажди, плесени, въглеродни отлагания, полиращи съединения, восък, пигменти, варовик, бактерии, гъбички, пръстови отпечатъци и биологични вещества. Могат да бъдат третирани различни части и оборудване, изработени от метали, пластмаси, стъкло, каучук и керамика, като дори отлагания в микропукнатини и кухини също биват отстранявани.

 

Фактори за избор на оборудване за ултразвуково почистване

Спецификата на конкретното приложение и размерите и количествата на детайлите, които ще бъдат почиствани, са главните определящи фактори при избора на подходящо оборудване. Компактните почистващи вани за инсталация върху работни плотове например са предназначени за третиране на нерегулярни ограничени по размер партиди детайли при слабо натоварени производства. За по-големи части и по-високо натоварване производителите на ултразвуково почистващо оборудване могат да предложат вани с огромен капацитет, достигащ 15 000 литра вместимост. Системите за многоетапно почистване са най-комплексно устроени и са предназначени за индустриални производствени линии с голям капацитет. Те се състоят от отделни модули – вана за почистване, вана за изплакване и контейнер за изсушаване.

По отношение на ефективността на разходите, ваните с единичен модул за подов монтаж са икономически по-изгодни в сравнение с тези за монтаж върху плот, но тяхната функция се изчерпва с почистване и не включва интегрирана система за изплакване и сушене, което дава преимущество на модулните многоетапни почистващи вани. Тези системи се използват, когато се изисква по-висока прецизност и по-бързо привеждане на детайлите в състояние на готовност за последваща обработка.

Автоматизираните системи, от една страна, увеличават първоначалната инвестиция, но от друга, осигуряват още по-надеждни резултати, висока ефективност и намалени усилия от страна на персонала. Те включват автоматизирани подемни хидравлични или пневматични съоръжения за повдигане и позициониране на детайлите.

Спомагателното оборудване може да включва кран, автоматично подаващо устройство или робот. Автоматизираната система за зареждане и движението на детайлите може да бъдат проектирани според спецификациите на производството, като по този начин циклите на третиране се съкратят оптимално.

Процесите на поддръжка и обслужване могат да бъдат интегрирани с почистването чрез спомагателно оборудване. Партидите детайли автоматично се придвижват през отделенията за почистване, изплакване и сушене. Машините могат да бъдат програмирани за извършване на операции в различни цикли. Предлагат се варианти, обезопасени със светлинни завеси, както и сензор, засичащ струпване на детайли. Патентовани технологии постигат висока ефективност при ниски нива на шум до под 78 dB.

Проблемът с поглъщането на ултразвуковите вълни в пространствата между частите се решава с помощта на дигитални и синхронизирани ултразвукови генератори с прецизно настроен честотен диапазон. Стандартните ултразвукови почистващи машини генерират честоти от порядъка на 40 kHz, но за специални приложения със силно замърсени компоненти в големи обеми се предлагат варианти, създаващи кавитация при 28 kHz. Този диапазон е много по-ефективен при премахване на нагар, боя и трудни за отстраняване наслоявания. Най-често преобразувателите се разполагат или по стените на ваната, или към потапящите плочи. За още по-добри резултати фиксирането е изпълнено чрез метод на заваряване, който елиминира загубата на енергия вследствие на механичната връзка. Почистващите вани от висок клас са снабдени с тройна изолация, което предотвратява загубата на топлина и пропускането на емисии.

 

Правилна експлоатация и поддръжка

Ако почистващото оборудване се използва за отстраняване на масла и смазочни материали, е необходимо то да бъде снабдено с филтрираща система с горно отвеждане.

По-тежките замърсители, които се утаяват на дъното на резервоара, изискват филтриращата система да е разположена в долната част на съда. Работата на преобразувателите не се затруднява от утаяването, тъй като при тяхното проектиране и инсталиране е предвидено утайката да остава под тяхното ниво.

Важно условие за добри резултати от почистването е да се предвиди подходяща мощност на захранване съобразно капацитета на машината и целевата продължителност на циклите на обработка. При повечето приложения това е 0,65 – 1,3 киловата за 100 литра почистващ разтвор. Най-широко прилаганата честота на ултразвуковите вълни е 40 kHz, тъй като тя предизвиква кавитация, при която мехурчетата са достатъчно малки, за да проникнат в повечето кухини, но и с достатъчно силна енергия, за да ги почистят ефективно.

За отлични резултати от ключово значение също са фактори като продължителност на цикъла, температура на третиране и състав на използваните разтвори. Разтворите, предназначени за ултразвуково почистване, съдържат специални съставки, които повишават ефективността на процеса. Тъй като някои разтвори може да имат негативно въздействие върху материала, от който е направен детайлът, неговата спецификация и естеството на замърсяването също трябва да се вземат предвид при избора на подходящ разтвор.

Конвенционалните разтвори с високо алкално съдържание на основата на сапуни са предназначени за най-широко ползване, като те са в състояние да премахнат отлаганията от масла, въглероди от метали и композитни материали. Киселинните препарати премахват корозия, твърди минерални отлагания като котлен камък и спомагат за възстановяването на части, които работят в среда на твърда вода или среда с висока влажност. Препаратите с ензими премахват маслото от части от неръждаема стомана, алуминий, месинг и титан. Те също така премахват биологичните замърсители от медицински и стоматологични инструменти. Почистващите средства с ниско рН, освен че почистват металите, допринасят и за възстановяване на блясъка им, но понякога могат да повредят елементи от алуминий, мед и месинг.

Специализираните разтвори са предназначени за почистване на специфични замърсители като мастило, епоксидни смоли и др.

Top