Ультразвуковая обработка

Ультразвуковая обработка материалов - разновидность механической обработки - основана на разрушении обрабатываемого материала абразивными зернами под уда­рами инструмента, колеблющегося с ульт­развуковой частотой. Источником энергии служат ультразвуковые генераторы тока с частотой 16... 30 кГц. Инструмент полу­чает колебания от ультразвукового преоб­разователя с сердечником из магнитострикционного материала. Эффектом магнитострикции обладают никель, железо- никелевые сплавы (пермендюр), железоалюминиевые сплавы (альфер), ферриты.

В сердечнике из магнитострикционного материала при наличии электро­магнитного поля домены* разворачиваются

Домены - ферромагнитные области в фер­ромагнитных кристаллах, в которых атомные магнитные моменты ориентированы парал­лельно.

в направлении магнитных силовых линий, что вызывает изменение размера попереч­ного сечения сердечника и его длины. В переменном магнитном поле частота изменения длины сердечника равна часто­те колебаний тока. При совпадении часто­ты колебаний тока с собственной частотой колебаний сердечника наступает резонанс и амплитуда колебаний торца сердечника достигает 2... 10 мкм. Для увеличения амплитуды колебаний на сердечнике за­крепляют резонансный волновод перемен­ного поперечного сечения, что увеличивает амплитуду колебаний до 40... 60 мкм.

На волноводе закрепляют рабочий ин­струмент-пуансон. Под инструментом ус­танавливают заготовку и в зону обработки поливом или под давлением подают абра­зивную суспензию, состоящую из воды и абразивного материала. В качестве абра­зивных материалов используют карбид бора, карбид кремния, электрокорунд. Наибольшую производительность полу­чают при использовании карбидов бора. Инструмент поджимают к заготовке силой 1... 60 Н.

Заготовку 3 помещают в ванну 1 под инструментом 4 (рис. 7.13). Инструмент устанавливают на волноводе 5, который закреплен в магнитострикционном сердечнике 7, смонтированном в кожухе б, сквозь который прокачивают воду для охлаждения сердечника. Для возбуждения колебаний сердечника магнитострикционного преобразователя служат генератор 8 ультразвуковой частоты и источник по­стоянного тока 9.

Абразивную суспензию 2 подают под давлением по патрубку 10 насосом 11, забирающим суспензию из резервуара 12. Прокачивание суспензии насосом исключает оседание абразивного порошка на дно ванны и обеспечивает подачу в зону обработки абразивного материала.

Кавитационные явления в жидкости способствуют интенсивному перемеще­нию абразивных зерен под инструмен­том, замене изношенных зерен новыми, а также разрушению обрабатываемого материала.

Ультразвуковым методом обрабаты­вают хрупкие твердые материалы: стекло, керамику, ферриты, кремний, кварц, дра­гоценные минералы, в том числе алмазы, твердые сплавы, титановые сплавы, вольфрам.

Метод используют для профилирова­ния наружных поверхностей, гравирова­ния, изготовления деталей сложной фор­мы. Движениями подачи для указанных видов обработки являются вертикальная подача инструмента при обработкеотвер­стий и полостей, продольная подача заго­товки при разрезании ее на части, про­дольная и поперечная подачи заготовки при разрезании ее по сложному контуру.Для управления движениями заготовки и вертикальной подачей инструмента исполь­зуют системы программного управления.

Ультразвуковым методом обрабаты­вают (рис. 7.14) сквозные и глухие отвер­стия любой формы поперечного сечения (а, б), фасонные полости (в), разрезают заготовки на части (г), прошивают отвер­стия с криволинейными осями, нарезают резьбы.

Рабочие инструменты для обработки отверстий диаметром 0,5... 20 мм выпол­няют сплошными: диаметром 20... 100 мм - полыми (обработка по способу трепана­ции). Пазы долбят, а заготовки разрезают ножевидными пуансонами; внутренние полости обрабатывают пуансонами, форма торцов которых обратна форме обрабаты­ваемой поверхности. Инструменты изго­товляют из закаленных, но вязких мате­риалов.

Точность размеров и шероховатость поверхностей, обработанных ультразвуко­вым методом, зависят от зернистости ис­пользуемых абразивных материалов и со­ответствуют точности и шероховатости поверхностей, обработанных шлифованием.

Использование ультразвуковых коле­баний оказалось эффективным и при обычных способах механической обработ­ки (точении, фрезеровании и др.). Нало­жение ультразвуковых колебаний малых амплитуд (2... 5 мкм) на режущий инст­румент (например, резец) в направлении главного движения резания существенно изменяет характер стружкообразования. Значительно снижается зона первичной и вторичной деформации срезаемого слоя металла, уменьшаются глубина и степень наклепа обработанной поверхности. Ульт­развуковые колебания почти полностью устраняют процессы наростообразования. Все это приводит к улучшению условий резания, снижению сил трения и повыше­нию качества поверхностного слоя.

Наиболее эффективным оказалось применение ультразвуковых колебаний малой амплитуды (2... 5 мкм) при обра­ботке жаропрочных, тугоплавких, титано­вых сплавов и других материалов, харак­теризующихся плохой обрабатываемо­стью резанием.

Эффективным оказалось также приме­нение ультразвуковых колебаний при ЭФЭХ методах обработки. Так, рацио­нальное совмещение электрохимической и ультразвуковой обработки твердых спла­вов позволяет в десятки раз повысить производительность труда и в несколько раз снизить износ инструмента и удель­ный расход электроэнергии.

Дата добавления: 2015-07-25