超声波淬火装置

二、超声波淬火装置

超声波淬火装置一般包括三个主要组成部分:超声波淬火槽、超声波振荡器及超声波发射器(即超声波换能器)。

1．超声波淬火槽

(1)简易的超声波淬火槽(图3－11)。

就是在装盛淬火介质的池底装上薄膜式磁致伸缩超声波发射器，结构简单，改装后配备一套超声波振荡器即可使用。这种装置只适用于小型零件的逐个淬火。

(2)超声波连续淬火槽。

对于小件批量连续生产的，可以采用图3－12所示的超声波淬火装置。淬火冷却池紧靠着加热炉。加热好的零件连续送入超声波淬火槽内，槽内有一个独立的超声波音箱，箱的四周装有超声波发射器，零件经超声波音箱放入淬火槽内，在超声波作用下淬火，淬火过的零件由运输带送到槽外。

图3－11　结构简单的超声波淬火装置

1．淬火池箱体;　2．薄膜式磁致伸缩超声波发射器

图3－12　具有运送带的超声波淬火装置

安装在音箱内的超声波发射器受设备尺寸的限制，为了增加零件在淬火槽音箱内的冷却时间，可以在池内增设介质循环流动设备，使淬火介质产生一个与放入零件运动方向相反的流动，以减低零件在淬火池放下浸渍的速度，延长超声波的作用时间，提高超声波淬火的效果。这种超声波淬火装置最适宜小五金零件的淬火，如轴承滚珠、滚柱以及小型弹簧等。

图3－13　大型零件淬火槽

(3)大型零件超声波淬火槽(图3－13)。

大型零件质量、体积大，热容量大，且表面积与体积之比很小。淬火冷却时，工件内大量热量要通过有限的表面积传递给冷却介质，外表包裹有汽膜时，零件散热更慢。大型零件热容量大，高温持续时间长，汽膜维持时间就长，因此，这种大型零件的超声波淬火装置，除了在淬火槽的周围合理布置超声波发射器外，还必须使介质循环，以增大淬火槽的热容量。

2．超声波发射器(超声波换能器)

用于淬火的超声波换能器有:磁致伸缩换能器、压电晶体(或压电陶瓷)换能器以及流体动力换能器。

图3－14　带锥形喷嘴的旋涡式流体动力换能器

磁致伸缩换能器及压电晶体换能器都有成品出售，其功率(W)、工作频率(Hz)、负载阻抗(Ω)三者应与超声波振荡器匹配，才能使换能器发射出最大功率。

流体动力换能器一般没有现成的成品，而是根据用户的要求自行设计，其结构如图3－14所示。工作原理如下:当液体由进油嘴射入旋涡室，就形成剧烈旋转的液体旋涡，然后经出油嘴喷出。这种旋转极快而具有高压的旋转流，突然射入低压的液体介质内，在这个突变的过程中，产生与液体旋转频率相应的超声频振荡。这种换能器的功率可按下列公式确定:

式中: r_γ为进油嘴半径;ρ为液体的密度; P为换能器入口处的静压力。

这种超声波发射器的优点是:在淬火冷却过程中，除了发射超声波破坏淬火工件外裹汽膜和改变工件与介质之间的换热条件外，同时还有促使介质形成循环的作用。这种超声波发射器的缺点是需要专门配备一套液压供液系统。