Приведем несколько наиболее занимательных и
познавательных на мой взгляд статей из книги: Ультразвуковые процессы и
аппараты в биологии и медицине". Учебное пособие для студентов
специальности 190500, под редакцией профессора В.Н. Лясникова (СГТУ,
Саратов 2005 г. тираж 100 экземпляров), данную книгу можно взять в
городской библиотеке г. Саратова на ул. академика Зарубина и ознакомится
с ней более подробно.
При анализе процессов ультразвуковой обработки
необходимо различать два вида износа: хрупкий износ без пластических
деформаций и вязкий износ, сопровождающийся пластическими деформациями.
Обычно энергия, необходимая для возникновения и распространения хрупкого
и вязкого разрушения, неодинакова. Работа, потребная для разрушения
хрупкого тела, равна работе, необходимой для преодоления сил связи между
атомами по обе стороны трещины. После того как разрушение началось,
энергия, нужная для распространения трещины, будет очень мала и, как
правило, получается из упругой энергии, накопленной образцом.
Хрупкое разрушение имеет тенденцию сразу же после возникновения
распространяться перпендикулярно приложенному растягивающему напряжению.
С макроскопической точки зрения разрушение продолжает распространяться
до тех пор, пока местные напряжения, возникающие на фронте
продвигающейся трещины, не окажутся ниже предела прочности.
В противоположность этому работа вязкого разрушения мала по сравнению с
работой пластической деформации, затрачиваемой на развитие разрушения.
Упругой энергии образца недостаточно для осуществления необходимой для
пластической деформации работы, и трещина будет распространяться только
в том случае, если внешние силы продолжают совершать работу. Скорость
распространения хрупкого разрушения значительно больше скорости вязкого
разрушения.
Трещина может распространяться, если приложенное напряжение больше
величины
Материалы можно разделить по критерию хрупкости,
который можно определить на основании измерений отпечатков алмазной
пирамиды с углом 136° на приборе ПМТ-3 по следующей формуле (2, 4]:
I - длина трещины в
мкм;
d - длина диагонали отпечатка в мкм; ц - коэффициент Пуассона.
Все материалы, подвергаемые ультразвуковой обработке, разделены на три
группы. Одна группа от другой отличается значениями критерия хрупкости
tx. Для первой группы tx > 2. Например, для стекла tx=2,6-r2,8; для
германия tx=4,4. Для второй группы (высокотвердые закаленные стали,
твердые сплавы) l<tx<2 и для третьей группы (обычные стали, цветные
сплавы, пластмассы) 1 2 tx. В этом случае разрушение материала
практически не происходит, так как величина возникающих тангенциальных
сил недостаточна для его разрушения.
При вдавливании индентора в хрупкое тело процесс разрушения носит
скачкообразный характер. Скалывание частиц хрупкого материала происходит
в тот момент, когда максимальные касательные напряжения в зоне
вдавливания превзойдут сопротивление сдвигу. С увеличением глубины
вдавливания и площади контакта увеличивается и глубина возникновения
максимальных касательных напряжений. Поэтому каждый новый скачок в
погружении больше, чем предыдущий. Значительно отличается профиль лунки
при вдавливании и царапании со сравнительно высокой скоростью (v=0,5-r5
м/с) индентора - конуса в хрупкий или пластичный материал. В случае
пластичного тела угол при вершине лунки равен углу при вершине индентора,
а по краям лунки имеет место наплыв пластически деформированного,
оттесненного материала. Совершенно другой профиль лунки наблюдается при
вдавливании конуса в хрупкий материал. В этом случае края лунки ровные
(без наплывов ), а в лунке можно наблюдать два различных угла: угол а,
равный углу при вершине конуса- индентора, и значительно больший по
величине угол Р- естественный угол скалывания.
При ультразвуковой обработке, как показывают наблюдения за кинокадрами,
абразивные зерна воздействуют на обработанную поверхность не только
острыми углами, но и плоскими гранями. Поэтому представляет интерес
схема разрушения хрупкого тела при вдавливании цилиндра. По мере
увеличения нагрузки напряжения под основанием цилиндра увеличиваются.
Давление по контуру значительно выше, чем под остальной плоскостью
вдавливания, поэтому здесь раньше возникают максимальные касательные
напряжения. В момент достижения касательными напряжениями предельных
значений по контуру основания цилиндра происходит скалывание в виде
клинообразного углубления (I зона - зона
первоначального вкалывания). У пластичных же материалов в этой области
возникают пластические деформации. При дальнейшем увеличении нагрузки на
цилиндр напряжения в этом объеме хрупкого тела под основанием цилиндра
увеличиваются и при достижении на оси симметрии предельных значений
касательных напряжений происходит разрушение под естественным углом
скалывания р (2 зона - зона общего, окончательного разрушения).
Очевидно, что в процессе размерной ультразвуковой обработки хрупких
материалов диспергирование материала происходит по обеим описанным
схемам [4]. Таким образом, можно сделать вывод о том, что воздействие
ультразвука на твердые материалы представляет собой весьма сложный
физико-химический процесс, состоящий из: 1) разрушения (скалывания)
поверхности в результате высоких контактных напряжений; 2) резания
(царапания) микростружек абразивными зернами; 3) контактной усталости
обрабатываемого материала и материала инструмента; 4) разрушения (дробимости)
абразивных зерен; 5)смачивающего, вымывающего и химического действия
жидкости, несущей абразив. Относительная роль каждого из перечисленных
явлений и удельный расход энергии на диспергирование определяются
физико-механическими свойствами обрабатываемого и абразивного
материалов, скоростью главного движения, концентрацией абразивной
суспензии, типом жидкости и состоянием абразива, силой подачи между
инструментом и деталью.
Работа W, затрачиваемая на процесс диспергирования хрупких материалов
при ультразвуковой обработке, состоит из следующих основных частей:
энергии упругой деформации частиц обрабатываемого материала до их скола
Wyi; энергии упругой деформации тех областей обрабатываемого материала,
с которыми были связаны частицы до откола, Wy2; энергии диспергирования
абразивных зерен Wgi; энергии диспергирования выколотых частиц
обрабатываемого материала W52, энергии царапания микростружек зернами
абразива Wu.
Энергетический баланс процесса размерной ультразвуковой обработки: W=Wyi+Wy2+W5i+W52+Wu.
Последние два слагаемых играют сравнительно небольшую роль в
затрачиваемой работе: Ws2+Wu<10%. Оценить относительную величину каждого
из первых трех слагаемых в настоящее время не представляется возможным
[2, 4]. Ультразвуковая обработка хрупких материалов состоит из двух
основных процессов: процесса ударного внедрения абразивных зерен,
вызывающего выкалывание частиц обрабатываемого материала и процесса
циркуляции абразива в рабочей зоне (под торцом инструмента), в
результате которого происходит унос выколотых частиц обрабатываемого
материала и доставка свежего абразива.
В медицине случай взаимодействия ультразвука с хрупкими материалами
может иметь место при обработке костей, зубов, при дроблении твердых
образований типа почечных или желчных камней. Однако чаще приходится
иметь дело с описанными выше кавитационными эффектами, сопровождающими
воздействие на жидкости.
По вопросам размещения рекламы, ссылок, обмену
ссылками пишите на:
office@matrixplus.ru
p.s.
При копировании материалов и фотографий активная ссылка на сайт обязательна.
