Ультразвуковая обработка
СОДЕРЖАНИЕ
1 Вступлени3
2 Ультразвуковая размерная обработка хрупких материалов....3
3 Ультразвуковая очистка круга в процессе шлифования.....7
4 льтразвуковая интенсификация обычных процессов резания....10
5 льтразвуковое сверление глубоких отверстий алмазным
инструментом.....12
6 Выводы21
7 Список использованных источников
1 ВСТУПЛЕНИЕ
Применение льтразвуковых колебаний является одним из направлений интенсификации процессов резания труднонобрабатываемых материалов. Многочисленными исследованиями становлено, что применение льтразвука при механической обработке может повышать производительность и лучшать качество поверхностного слоя. Кроме того, при выполнении ненкоторых операций ультразвуковые методы обработки являются наиболее эффективными и целесообразными.
Работы по исследованию и изысканию льтразвуковых метондов механической обработки различных материалов были нанчаты авторами в МАИ на кафедре Резание конструкционных материалов, режущий инструмент и станки под руководством В. А. Кривоухова.
Известны четыре области применения льтразвука при механнической обработке [1]: 1) снятие заусенцев и декоративное шлифование мелких деталей свободно направленным абразинвом; 2) льтразвуковая размерная обработка хрупких материалов; 3) очистка рабочей поверхности шлифовального круга в процессе его работы; 4) сообщение вынужденных льтразвуконвых колебаний малой амплитуды режущим инструментам (лезвийным и абразивным) для интенсификации обычных пронцессов резания труднообрабатываемых материалов.
2 ЛЬТРАЗВУКОВАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ
Ультразвуковая обработка является способом формообразонвания поверхностей деталей из хрупких материалов (стекла, кварца, керамики, ситаллов, рубина, германия, кремния и др.). Этот метод особенно эффективен при изготовлении отверстий и полостей сложной формы в деталях из твердых хрупких матенриалов, обработка которых другими методами затруднительна или вообще невозможна.
Из льтразвуковых станков применялись мод. 4771, 477А и Б772. В этих станках применены активные способы подачи абразивной суспензии в рабочую зону - вакуумный отсос и нагнетание суспензии под давлением. Кроме того, в станке Б772 использован предложеый в МАИ способ повышения производительности и снижения износа инструмента, который основан на рациональном совменщении льтразвукового и электрохимического методов обранботки.
Совмещенный способ обработки наиболее эффективен и перспективен при обработке твердых сплавов. Производительнность этого способа в 50 раз выше, чем при электроэрозионном способе, и в 10 раз выше, чем при ультразвуковой обработке. Совмещенный способ позволяет в Ч10 раз снизить износ инструмента, также в Ч5 раз меньшить дельный расход электроэнергии [2].
Проведенными исследованиями становлено, что при льтранзвуковой обработке, по сравнению с другими методами обранботки твердых сплавов, достигается более высокое качество поверхностного слоя, что приводит к существенному повышению износостойкости и сталостной прочности твердосплавных штамнпов, матриц, пресс-форм, фильер и др.
Влияние различных методов обработки (абразивного и алмазного шлифования, электроимпульсного, электрохимиченского и льтразвукового)
на остаточные напряжения в твердых сплавах ВК2В и ХН20 изучено в работе [3].
Эпюры остаточнных напряжений, полученные после льтразвуковой обработки,
напоминают эпюры остаточных напряжений после абразивной обработки: на поверхности образцов возникают остаточнные напряжения сжатия (
При электроимпульсной обработке возникают большие раснтягивающие напряжения, которые вызывают появление в понверхностном слое микротрещин. Поэтому электроимпульсный метод можно применять лишь при черновой обработке штампов.
Сообщение вращательных движений инструменту и заготовке позволяет величить производительность процесса и площадь обработки в 2,5 раза, на Ч2 класса лучшить качество понверхности, странить ненравномерность износа инструмента и величить его размерную стойкость. Технологические возможнности метод расширянются при создании экснцентриситет осейа вранщения инструмента и дентали: представляется вознможным обрабатывать кольцевые канавки разнличныха диаметров и венсти льтразвуковую обнработку по кинематиченской схеме расточного станка. Преимущества этой схемы обработки выявлены для зернистостей абразивного матенриала от № 16 до М20. льтразвуконвая обработка с вращением инструмента и заготовки обеспечинвает точность обработки отверстий в стекле и керамике до 2-го класса, точность их взаимного расположения до 0,01 мм.
На основе проведенных иснследований разработан льнтразвуковой прецизионный станок мод. ЗСТ-1. Разрабонтан также высокопроизводинтельный метод льтразвуковой размерной обработки внутреих сферических поверхностей твердосплавных штампов [4], который основан на использонвании в качестве инструмента незакрепленных (свободных) шаров. Этот метод изготовленния твердосплавных штампов применяется с большим технинко-экономическим эффектом на ряде подшипниковых заводов.
Ю. Ф. Пискуновым [5] разработан способ льтразвуковой обработки стекла, минералокерамики и других хрупких материалов непрофилированным инструментом - тонкой проволокой. В натянутой между двух опор инструменте-проволоке 2 (рис. 1), постоянно перематывающейся с катушки 7 на кантушку 8, возбуждаются льтразвуковые колебания от концентнратора 1; обрабатываемая деталь 3 с небольшой силойпринжимается к инструменту, в зону контакта инструментЧдеталь подается абразивная суспензия. Предложены три способа сообнщения подвижному инструменту-проволоке льтразвуковых конлебаний от неподвижного концентратора (см. рис. 1): 1) инструмент 2 прижимается к боковой поверхности концентратора 1 подпружиненным роликом 4 и под действием сил трения F в проволоке возбуждаются льтразвуковые колебания (см. рис. 1, а); 2) инструмент-проволока 2 протягивается с небольншим натягом через фильеру 5, становленную в пучности коленбаний концентратора 1 (рис. 1, б); 3) инструмент 2 огибает концентратор 1 по радиусной канавке 6, прижим проволоки к концентратору 1 осуществляется в результате противонатяжения проволоки (рис. 1, в).
1 - концентратор;
2 - инструмент-проволока;
3 - обрабатываемая деталь;
4 - прижимной ролик;а
5 - фильера;
6 - радиусная канавка;
7, 8 - катушки;
9 - направляющий ролик.
Рис. 1 - Схемы льтразвуковой обработки непрофилированным инструментом-проволокой.
Экспериментами становлено, что наилучшим является трентий способ. Он обеспечивает стабильное протекание процесса при различных диаметрах инструмента. Этот своеобразный лультразвуковой лобзик позволяет вести контурную вырезку, обработку зких пазов (шириной менее 0,1 мм), разрезку загонтовок (при толщине обрабатываемого материала 10 мм и более, ширине реза 0,Ч0,5 мм). Производительность процесс до 10Ч150 мм2/мин, шероховатость поверхности Ч7-го класса.
Химическое действие абразивной суспензии. Наиболее эфнфективным способом интенсификации процесса льтразвуковой размерной обработки электропроводящих материалов является совмещение льтразвукового метода с электромеханическим процессом анодного растворения [1,5]. Изменить свойства обрабатываемого материала в зоне обработки можно и путем использования чисто химического действия жидкости, несущей абразив [6].
Например, по данным Новосибирского электротехнического института применение химически активной среды (15%-ный раснтвор CuSО4) позволяет величить производительность льтранзвуковой обработки твердых сплавов в 1,Ч2,5 раза.
Влияние на производительность льтразвуковой обработки стекла поверхностно-активных сред (растворов солей хлористого, азотнокислого, сернокислого натрия, хлористого железа, хлористого калия) изучено в работе [7]. Наибольшее повышенние производительности достигнуто при использовании раствонров, содержащих в составе ионы хлора, что объясняется их большой проникающей способностью. При периодических данрах торца инструмента по зернам абразива на поверхности хрупких тел, в частности стекла, образуется зона, пронизанная макро- и микротрещинами. Эта зона при многократных дейстнвиях инструмента становится зоной разрушения. Поверхностно-активные вещества, проникая в трещины, могут создавать раснклинивающее действие и интенсифицировать процесс ультранзвуковой обработки.
Максимум производительности наблюдается при концентранции хлорного железа, равной 0,025%. При величении амплинтуды колебаний от 10 до 40 мкм эффект действия среды снинжается от 1,6 до 1,2 раз. Поэтому поверхностно-активные донбавки в абразивную суспензию целесообразны лишь при льтранзвуковой обработке с малыми амплитудами колебаний инструнмента (А≤10¸15 мкм).
3 ЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОЧИСТКА КРУГА В ПРОЦЕССЕ ШЛИФОВАНИЯ
Метод льтразвуковой очистки и смазки рабочей поверхности круга в процессе шлифования предложен в Советском Союзе. становлено, что этот способ наиболее эффективен при шлифонвании вязких труднообрабатываемых материалов, также при высоких требованиях к качеству обработанной поверхнности.
В Ереванском политехническом институте под руководством М. В. Касьяна проведено комплексное изучение процесса очистки и смазки шлифовального круга. Исследовалась эффективность льтразвуковой очистки при круглом шлифовании кругами из электрокорунда и карбида кремния большой гаммы материанлов: инструментальных и конструкционных легированных станлей, серого чугуна и жаропрочного сплава ХН7ТЮР (рис. 2). При действии льтразвука вершины абразивных зерен более продолжительное время остаются острыми. Поэтому снижаются силы резания, что приводит к повышению точности обработки и меньшению наклепа шлифованной поверхности. При льтранзвуковой очистке стойкость круга возрастает до Ч3 раза, шероховатость обработанной поверхности снижается на один класс.
При льтразвуковой очистке и смазке рабочей поверхности круга повышается степень диспергирования абразивных зерен, т. е. режущая способность зерен используется болееа полно.
Ультразвуковой метод эффективен не только при шлифованнии кругами из электрокорунда и карбида кремния, но и при работе алмазных кругов, особенно на металлических связках. Применение льтразвука позволяет величить стойкость алмазных кругов из АСП и АСВ до 2,5 раз, снизить дельный расход алмазов до 2,3 раза и меньшить силы резания
z на 4Ч45%; Ру на 2Ч25%. Чистот обработанной поверхности лучшается на один класс.
Для очистки шлифовальных кругов разработана малогабанритная ультразвуковая становка (рис. 3) [7]. становка состоит из головки и ультразвукового генератора ЗГ-0,ЛТ мощностью 0,2 кВт. Питание от генератора подводится к колодке 9, откуда подается на магнитострикционный преобразователь 5. При помощи концентратора 2 и криволинейного волновода 1 колебания сообщаются охлаждающей жидкости, которая через сопло подается на рабочий торец волновода 1. Наибольший эффект очистки рабочей поверхности круга достигается при зазоре А = 0,1ч-0,2 мм. Корпус головки смонтирован на суппорте, имеющем неподвижную стойку 11 и каретку 10. Изменение велинчины зазора Δ достигается перемещением волновода в вертинкальном направлении маховиком. Дополнительная регулировка положения волновода относительно круга производится поворонтом всего суппорта с головкой вокруг оси 12. В державке каретки 10 закреплен хвостовик 8 с приваренным к нему цилинндром 4, в котором становлен преобразователь.
Охлаждение преобразователя производится эмульсией от основной магистнрали станка. Охлаждающая жидкость через штуцер 6 подается в полость цилиндра, заполняет его до ровня трубки 7 и стекает по ней через штуцер 3 на излучающий торец волновода и произнводит охлаждение детали и очистку круга. Испытания головки показали, что ее применение позволяет величить стойкость алмазных кругов в 3-4 раза при шлифовании стали Х1Н1Т и титановых сплавов.
1 - обычное круглое шлифование;
2 - шлифование с льтразвуковой очисткой круга.
Рис. 2 - Шероховатость поверхности R а (а) иа стойкость круга Т (б) при шлифовании различных материалов.
Рис. 3 - льтразвуковая головка для очистки шлифовального круга.
4 ЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОБЫЧНЫХ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ
Ультразвук находит применение при механической обработке для сообщения вынужденных колебаний обычным режущим инструментам. Ультразвуковые колебания ранее сообщались главным образом металлическим (лезвийным) режущим инструнментам. Получены положительные результаты при возбуждении льтразвуковых колебаний и в алмазных инструментах на менталлической связке [8].
Ультразвуковые колебания в настоящее время получили принменение при нарезании резьб диаметром от 12 до 30 мм метчинками в нержавеющих, жаропрочных и титановых сплавах [1].
В Советском Союзе разработаны оборудование и технология ультразвукового нарезания резьб малого диаметра (от Ml до М6) в деталях из труднообрабатываемых материалов [9]. При льтразвуковом нарезании резьб малого диаметра крутянщий момент на метчике снижается на 2Ч30% и лучшается качество обработанной поверхности. Настольные льтразвуконвые станки СРС-2 и СРС-3 имеют пьезокерамический преобранзователь с метчиком, закрепленным в плавающей опоре, и элекнтромагнитную предохранительную муфту, размыкающую киненматическую цепь станка при чрезмерном величении сил резанния. Оптимальные величины амплитуд продольных колебаний метчика находятся в пределах 1-4 мкм (в зависимости от дианметра нарезаемой резьбы). Ультразвуковые колебания такой амплитуды не оказывают влияния на точность нарезаемой резьбы (2-й класс).
При льтразвуковом резьбонарезании наилучшие результаты в качестве смазочно-охлаждающей жидкости дает применение смеси сульфофрезола, керосина и олеиновой кислоты, также новых СОЖ: В-2Б, В-3К, В-35. Получены также положительнные результаты при сообщении льтразвуковых колебаний спенциальным инструментам-раскатникам. В этом случае внутреие резьбы малого диаметра (МЦМ12) получают методом планстического деформирования. При действии льтразвука на раскатник крутящий момент уменьшается до 50%, шероховантость поверхности резьбы снижается на 1-2 класса.
Таким образом, становлена целесообразность и эффективнность применения льтразвука при нарезании резьб малого и среднего диаметров в труднообрабатываемых материалах (ненржавеющие и жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы).
Проведены опыты по изучению влияния льтразвука на стойнкость спиральных сверл диаметром 6-16 мм при обработке нержавеющей стали Х1НТ [10]. Опыты проводили с помощью вращающихся ультразвуковых головок с магнитострикционным преобразователем. При сообщении колебаний спиральному сверлу на его рабочем конце возникают как крутильные, так и продольные колебания. Измерения показали, что продольные колебания наблюдаются главным образом в области перемычки, на главных режущих кромках - в основном крутильные коленбания.
Установлено, что при амплитудах продольных колебаний Апр <=1 мкм (при этом на периферии сверла Акр ≈ 2 мкм) стойнкость сверл Т в 1,5-1,8 раза выше, чем при обычном сверлении. При более высоких амплитудах колебаний появляются сколы перемычки, при меньших амплитудах результаты опытов ненстабильны. Повышение прочности сверла путем величения угла 2φ до 130
Интересные результаты получены при исследовании влияния ультразвука на остаточные напряжения. Радиальные льтранзвуковые колебания приводят к значительному снижению останточных напряжений и даже к перемене знака: при точении стали ХН3ВТЮ с амплитудой колебаний А около 3 мкм раснтягивающие напряжения переходят в сжимающие. Это явление особенно заметно при работе с малыми подачами. При резании титанового сплава ВТЗ-1 возбуждение радиальных колебаний приводит к величению сжимающих остаточных напряжений на 40-80%.
Сообщение инструменту тангенциальных льтразвуковых конлебаний вызывает значительное снижение остаточных напряженний без перемены их знака, причем эффект возрастает с велинчением амплитуды колебаний. Возможность получения под дейнствием льтразвука благоприятной в отношении повышения усталостной прочности эпюры остаточных напряжений представнляет резерв повышения долговечности и надежности деталей. льтразвуковые колебания оказывают существенное влияние на процесс резания режущим инструментом хрупких неметаллинческих материалов. Наибольшее снижение сила резания при обработке с льтразвуком, так же как и при резаннии пластичных материалов, наблюндается при возбуждении колебаний в направлении главного движения (тангенциальные колебания).
При льтразвуковой обработке хрупких материалов, как и при резании металлов [1], износ инструмента по задней понверхности оказывает значительно меньшее влияние на величенние сил резания, чем при обычном резании. При резании пласнтичных металлов, как становлено в работах проф. А. И. Марнкова, основной механизм действия льтразвука состоит в микротермическом эффекте, приводящем к размягчению и микнрооплавлению металла в точках истинного контакта инструнмента и заготовки. При резании хрупких неметаллических материалов действие льтразвука состоит, главным образом, в интенсификации процесса трещинообразования и таким обранзом значительно облегчается процесс стружкообразования, снинжаются силы резания, меньшается коэффициент динамичности.
5 ЛЬТРАЗВУКОВОЕ СВЕРЛЕНИЕ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ АЛМАЗНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
В машиностроении, приборостроении и радиоэлектронике все более широкое применение находят различные неметаллические материалы: оптическое, кварцевое и техническое стекло, керамика, ситаллы и др. Эти материалы обладают высокой тверндостью и хрупкостью.
Механическая обработка твердых неметаллических материанлов,
особенно глубокое сверление отверстий малого диаметра (D<=3¸6 Перспективным направлением льтразвукового резания хрупнких труднообрабатываемых материалов является обработка вранщающимся алмазным инструментом. За рубежом разработаны специализированные льтразвуконвые станки малой мощности (0,Ч0,2 кВт) с вращающимся алмазным инструментом. Однако все эти станки пригодны для обработки на глубину не более 25-30 мм. Применение для этой цели специализированного льтразвукового станка МЭ-22 также не может решить задачу глубокого сверления отверстий малого диаметра. Для ориентировочной оценки эффективности влияния льтранзвуковых колебаний на процесс обработки оптического стекла предварительно были поставлены опыты по царапанию плоских образцов ориентированными и неориентированными кристалнлами алмаза. Сообщение алмазному индентору льтразвуковых колебаний малой амплитуды позволяет в результате создания сетки микронтрещин существенно интенсифицировать процесс диспергированния хрупкого материала, причем наиболее значительно возранстает ширина канавок, особенно при царапании неориентироваыми кристаллами алмаза (от 3 до 5 раз). Экспериментальные работы по льтразвуковому сверлению глубоких отверстий выполняли на становке, смонтированной на токарно-винторезном станке мод. К62, схема которой принведена на рис. 4.
Источником льтразвуковых колебаний слунжили двухстержневые магнитострикционные пакеты с рабочей частотой Глубина обработки в опытах с льтразвуком 1 - льтразвуковая головка; 2 - пиноль задней бабки; 3 - обрабатываемая загонтовка; 4 - алмазное сверло; 5 - динамометрическая скоба. Рис. 4 - Схема экспериментальной становки. Изучены зависимости основных технологических характеринстик ультразвукового алмазного сверления от режимов резанния, акустических параметров и характеристик алмазных иннструментов. Влияние силы подачи и окружной скорости сверла (рис. 5). При сверлении с льтразвуком на окружной скорости заготовки Влияние акустических параметров (рис. 6). При величении амплитуды колебаний А до 11 мкм наблюдается рост производительности процесса V и Влияние характеристик алмазного инструмента (рис. 7). Были проведены исследования влияния основных характеристик алмазного инструмента (концентрации алмазов К, зернистости алмазов,
вида алмазов и связки) на эффективность процесса льтразвукового алмазного сверления. При величении концентрации алмазов К от 50 до 150% производительность процесса значительно вознрастает и практически не изменяется дельный износ инструнмента Влияние давления воды на технологические характеристики (рис. 8). Давление воды оказывает существенное влияние на произвондительность процесса V и Шероховатость обработанной поверхности мало зависит от давления воды в исследуемом диапазоне рв
и находится в пренделах 4-го класса. При величении давления воды от 1,5 до 3,5 кГ/см2 конуснность отверстий возрастает с 2' до 8'; при рв
<=2,5 кГ/см2 конуснность равна 4'. Выявленная в результате опытов высокая эффективность ультразвукового алмазного сверления стекла вызвала необходимость проведения дальнейших работ. Было исследовано влияние глубины обработки, изучена обранбатываемость ультразвуконвым алмазныма сверлением большой гаммы различных хрупких неметаллических материалов, проведено изынскание способа лучшения качества обработанной понверхности, разработаны конструкции льтразвуконвых вращающихся голонвок для становки их на обычных металлорежущих станках. Зависимость технологинческих характеристик ульнтразвукового алмазного сверления кварцевого стекла от глубины обработки qv с величением глубины обранботки объясняются худшением словий доступа охлаждающей жидкости в зону резания и удаления стружки. Шероховатость обработанной поверхности по всей длине занготовки остается практически неизменной и находится в преденлах 4-го класса. Конусность обработанных отверстий не превышает 3,5',
эллипсность менее 0,01 мм. Таким образом, обработка вращающимся алмазным инстнрументом
(коронкой) с наложением льтразвуковых колебанний является эффективным способом получения отверстий манлого диаметра (D = 3¸6 мм)
на глубину Влияние длины обработанной детали на технологические характеристики процесса (рис. 10). При сверлении тонких заготовок возможно,
что длина обработанной заготовки влияет на сам процесс обработки, поскольку при контакте колеблющегося иннструмента с заготовкой небольшой массы последняя может оказаться как бы продолжением всей акустической системы. Поэтому для изучения влияния длины заготовок на процесс обработки проведены опыты по сверлению заготовок с d<=28 мм различной длины: Следовательнно, длина заготовки не оказывает специфического влияния на процесс обработки. Обрабатываемость хрупких неметаллических материалов. Изучена обрабатываемость неметаллических материалов: разнличных марок стекол,
ситаллов, минералокерамики и др. Обрабатываемость хрупких неметаллических материалов при льтразвуковом алмазном сверлении зависит от ряда их физико-механических свойств, связанных с прочностью, соотнношением микротвердости алмаза и материала, структурой мантериала. Анализ полученных данных показывает, что коэффинциент обрабатываемости Ks обычно снижается при величении твердости обрабатываемого материала. Несколько заниженные значения Ks у таких материалов как рубин, специальный синталл и др.
объясняются тем, что оптимальная дельная статическая нагрузка при обработке этих материалов выше 30 кГ/см2.
Ультразвуковая алмазная обработка имеет преимущества перед обычной ультразвуковой обработкой свободным абразинвом [1]: производительность ультразвуковой алмазной обранботки выше в 30-50 раз, дельный износ инструмента меньнше в 10-25 раз, глубина обработки возрастает до (30¸60)D. При льтразвуковом алмазном сверлении наблюдается станбильность процесса, о чем свидетельствуют результаты экспенриментов;
разброс экспериментальных точек для всех технолонгических характеристик обычно не превышает 10%. Точность льтразвукового алмазного сверления зависит от многочисленных акустических и технологических факторов: ренжимов обработки,
характеристик режущего инструмента, жестнкости систем СПИД, кинематической схемы процесса и др. Для оценки точности обработано 50 отверстий в оптическом стекле на глубину Точность обработки оценивали по следующим критериям:
точность размера - по отклонениям полученного размера от заданного на входе в отверстие и выходе из отверстия; точнность формы - по конусности и эллипсности отверстия. Все эти погрешности носят случайный характер и, как показали результаты обработки экспериментальных данныха (рис.
11), подчинняются закону нормального распределения. - величение диаметра отверстий; 1 - на входе; 2 - на выходе; б - коннусность отверстий. Рис. 11 - Точность льтразвукового алмазного сверления. анализ полученных в ряде экспериментов данных (табл. 1) показывает, что точнность обработки алмазным инструментом значительно выше точности обычной льтразвуковой обработки свободным абранзивом. Так, например, 94% всех отклонений размера на входе отверстия составляют 0,02-0,06 мм,
98% отклонений размера на выходе отверстия составляют 0-0,02 мм, конусность при этом не превышает 5', эллипсность менее 0,01 мм. величением жесткости инструмента или применением специальных люнетов можно получить отверстия 2-го класса точности (отклонения размера менее 0,015 мм).
Конусность глубоких отверстий (А = 200 мм) не превышает 3,5', искривление оси - менее 0,1 мм. Таблица 1 - Точность льтразвукового алмазного сверления Погрешности х s υ Отклонения
размера на входе отверстия Отклонения размера на выходе отверстия Конусность 0,039 мм 0,01 мм 2,80' 0,0124 мм 0,0053 мм 0,84' 0,32 0,53 0,3 Конусность обработанных отверстий при льтразвуковой алмазной обработке значительно меньше, чем при льтразвуконвой обработке свободным абразивом. Например, по данным Н. И. Щербаченко средняя величина конусности составляет 60' при Таким образом, льтразвуковое алмазное сверление явнляется высокопроизводительным способом получения точных отверстий малого диаметра (D = 3¸8 мм)
в хрупких неметалнлических материалах. Шероховатость обработанной поверхности. Проведенные исследования показали, что шероховатость обработанной понверхности при режимах льтразвуковой алмазной обработки, соответствующих максимальной производительности, находится в пределах 4-5-го классов и практически не занвисит от размера зерен алмаза (в пределах АМЧАМ16). Для получения более высоких классов проведены опыты по сверлению стекла и минералокерамики с малой подачей. станновлено, что применение малой подачи в пределах 4,6-14 мм/мин позволяет получить сравнительно высокий класс чистоты обработанной поверхности. казанный режим работы с малой принудительной подачей для достижения высокого класса чистоты обработанной понверхности можно назвать режимом льтразвуковой алмазной доводки. Результаты проведенных исследований показывают, что ультразвуковая обработка отверстий вращающимся алмазным инструментом в твердых хрупких материалах имеет следующие преимущества перед обычной льтразвуковой размерной обранботкой суспензией карбида бора: 1) высокая производительнность процесса; 2)
высокая стойкость инструмента; 3) возможнность обработки глубоких отверстий ( Наряду с преимуществами льтразвуковое алмазное свернление имеет и недостатки: 1) невозможность обрабатывать отнверстия фасонного профиля;
2) высокая стоимость инструнмента. Однако при обработке отверстий в телах вращения льтранзвуковое алмазное сверление является высокопроизводительнным способом. Этот метод особенно эффективен и целесообранзен при обработке глубоких отверстий малого диаметра в тверндых хрупких материалах (стекло, керамика, ситаллы, германний,
кремний и др.) и может быть рекомендован для широкого промышленного применения. В МАИ совместно с ГОСНИИСом создана льтразвуковая вращающаяся головка ЗВГ-1. После испытания головка была совершенствована.
Конструкция льтразвуковой совершенстнвованной головки ЗВГ-2 показана на рис.
12. льтразвуковая головка при помощи конуса Морзе № 4 крепится в шпинделе станка (координатно-расточного, сверлильного или фрезернонго). Головка состоит из неподвижного корпуса 4 и подвижнонго 1, вращающегося относительно неподвижного на шариковых подшипниках сверхлегкой серии № 100912
(ГОСТ 833Ч57*). Подвижный корпус для меньшения инерционных сил изготовнлен из титанового сплава ВТ5. Корпус можно изготовить и из нержавеющей стали Х1НТ.
Внутри подвижного корпуса размещен двухстержневой магнитострикционный преобразовантель 3 из пермендюра К5Ф2 сечением 20´20 мм с собствеой частотой К рабочему торцу пакета сенребряным припоем Ср40 принпаивается полуволновой конценнтратор 5, который крепится к подвижному корпусу головки с помощью тонкого фланца, раснположенного в зле смещений концентратора. Головка привондится в движение от льтразвункового генератора мощностью около 0,4 кет при помощи двух графитовых щеток,
расположеых в текстолитовых втулках 2
на неподвижном корпусе, и медных скользящих колец, закрепнленныха на подвижнома корпусе. Магнитострикционный пакет и инструмент охлаждаются водонпроводной водой. Вода под давлением
2-3 кГ/см2 поступает через штуцер 7 в полость П, затем через систему отверстий в подвижный корпус. Понсле охлаждения пакета вода через отверстия, просверлеые в концентраторе, поступает в инструмент 6.
Занщита подшипников и токоподводящих деталей от воды обеспечивается при помощи разжимных резиновых маннжет (серия 2115), рассчитанных на окружную скорость Рис. 6 - льтразвуковая головка для алмазного сверления В процессе сверления необходимо закреплять неподвижный корпус головки. Это крепление может осуществляться различно в зависимости от типа металлорежущего станка. Одним из способов является крепление при помощи двух пар полуколец. Верхнюю пару полуколец закрепляют при помощи винтов на пиноли станка, нижнюю пару закрепляют на головке. Обе панры полуколец соединяют металлическими стержнями. Такое жесткое крепление головки значительно снижает вибрации и величивает срок службы головки. В качестве режущего инструмента при обработке отверстий D = 34-12 мм рекомендуется применять алмазные сверла-короннки на металлических связках М5-6 и М5-10, с натуральными (А) и синтетическими монокристальными (САМ) алмазами зернистостью № 16. Концентрация алмазов K<=100-150%. Режимы резания: число оборотов Разработана конструкция льтразвуковой головки ЗГП с преобразователем из пьезокерамики ЦТС-19. Испытания головнки ЗГП показали ее достаточную надежность и хорошие экснплуатационные свойства. 6 ВЫВОДЫ 1. льтразвуковое сверление стекла, керамики и ситаллов алмазным инструментом на металлических связках является высокопроизводительным и перспективным способом обработки глубоких отверстий малого диаметр
(D = 3¸10 мм и 2. Наиболее высокие режущие свойства имеют синтетиченские монокристальные алмазы САМ. Минимальный дельный износ показали инструменты из натуральных алмазов и САМ. 3. Технологические характеристики алмазного сверления сунщественно зависят и от прочностных свойств связки: величенние прочности связки в 1,5-2
раза приводит к повышению производительности на 5Ч60% и снижению дельного расхода алмазов в 2 раза. Наиболее высокие режущие свойства имеют сверла на металлических связках М5-6 и М5-10. 4. становлены режимы льтразвукового алмазного сверленния глубоких отверстий малого диаметра и характеристики инструмента: дельная сила подачи р=18¸42 кГ/см2, число оборотов 5. становлена обрабатываемость хрупких неметаллических материалов алмазным инструментом с воздействием льтранзвука. 6. Точность ультразвуковой алмазной обработки отверстий D = 3¸6 мм и глубиной 7. Применение режимов резания с малой принудительной подачей (режим льтразвуковой алмазной доводки) позволяет получить высокий класс чистоты обработанной поверхности при использовании сверл АМ63/50 и АМ160/125. 8. льтразвуковые вращающиеся головки ЗВГ-2 и ЗГП можно установить на обычных металлорежущих станках (раснточных, фрезерных,
сверлильных). 7 Список использованных источников 1. Марков А.И. льтразвуковое резание труднообрабатываемых материалов.
М.: Машиностроение, 1968. 2. Резание труднообрабатываемых материалов. Под ред. проф. П.Г. Петрухи. М.: Машиностроение,
1972, 175 с. 3. Петров Т.А., Рубцова Л.А. и др. Влияние различных методов обработки на состояние поверхностного слоя штампов с вставками из твердого сплава.
Сборник Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ,
№2, 1969. 4. Калинин Е.П., Салтанов В.М. и др. Новый метод льтразвуковой обработки внутренних сферических поверхностей твердосплавных штампов.
Ультразвуковая техника, 1969, №3. 5. Пискунов Ю.Ф. льтразвуковая обработка хрупких материалов непрофилированным инструментом. Сборник Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ, №5-6, 1969. 6. Марков А.И. Резание труднообрабатываемых материалов при помощи ультразвуковых и звуковых колебаний. М.: Машгиз, 1962. 7. Щербак М.В. и Чергештов В.М.
К вопросу о влиянии серды на процесс льтразвуковой размерной абразивной обработки материалов. Сборник Электрофизические и электрохимические методы обработки. №2, М.: МДНТП, 1968. 8. Щичилин В.М., Лапаев Ю.А. и др. льтразвуковое шлифование абразивно-алмазным инструментом новых конструкционных материалов. Л.: ЛДНТП,
1969. 9. Салтанов В.М., Калинин Е.П. и др. льтразвуковое образование резьб малого размера метчиками и раскатниками. Сборник Резьбообразующий инструмент.
М.: НИИМАШ, 1968. 10. Привалов В.А. Сверление глубоких отверстий малого диаметра в нержавеющей стали с применением льтразвука. льтразвуковая техника, 1968,
№2.
в=1,5 кГ/см2 износ инструмента имеет максинмальное значение (v = 0,055-0,067%).
