5. Ультразвуковий метод обробки. Застосування його у промисловому виробництві

Зміцнення металів є перспективним напрямком підви­щення надійності, збільшення терміну експлуатації з одночас­ним зменшенням металомісткості і собівартості деталей машин, приладів та обладнання. У машинобудуванні найширше застосовується нанесення на робочу частину виробів зносо­стійких покриттів (див. тему 13). Способи нанесення покриттів: хіміко-термічна обробка, наплавлення, плазмове, детонаційне та вакуумне іонно-плазмове напилення, електроіскрове легування. Серед зміцнюючих технологій особливе місце посідає ультразвукове зміцнення. Переваги методу -експресність, висока ефективність, можливість обробки виробів, які не піддаються зміцненню іншими способами.

Ультразвукова (УЗ) обробка з частотою коливань 16-30 кГц за останні роки набула різнобічного застосування, бо може використовуватися для всіх матеріалів, у тому числі і тих, що не проводять електричний струм, її застосовують для отримання отворів (наприклад, з криволінійною віссю), канавок і різей у твердих сплавах, загартованих сталях, склі, алмазі, кварці тощо. Крім того, ультразвуком очищують та оздоблюють поверхні виробів (ультразвукове шліфування та полірування). Точність УЗ-обробки досягає 3 мкм при чистоті RА=10. В ультразвукових установках для механічної обробки застосовують випро-мінювачі-вібратори. Схема ультразвукової установки (УЗУ) з деформувальним інструментом у вигляді напівсфери зображена на рис. 7.4.

Вібратор (4) виготовлений не суцільним, а з тонких пластин (щоб зменщити втрати на вихрові струми), розміщується в обмотці збудження, підключеній до генератора ультразвукової частоти (5). Змінне магнітне поле визначає періодичну (відповідну частоті) деформацію вібратора. Для підсилення вібрації на змінне магнітне поле накладається постійне магнітне поле. Таким чином, електромагнітні коливання генератора

перетворюються на механічну вібрацію з амплітудою, яка вимірюється сотими частинами міліметра. Вібрація через концентратор (2) передається інструменту (1), який обробляє заготовку (6). До робочого торця інструмента, який виго­товляється за формою потрібного отвору, підводиться струмінь рідини, що містить абразивний порошок (карбід бору В4С, карборунд АІ2О3, алмаз С).

Ультразвукові генератори, призначені для живлення електроакустичних перетворювачів, перетворюють струм промислової частоти на струм високої частоти. Ультразвукові генератори (УЗ-технологічне обладнання) випускають таких типів: лампові, лампово-транзисторні, транзисторні, тиристорні. Нині широко використовуються транзисторні генератори. Порівняно з генераторами інших типів вони мають вищий ККД (до 65%). Найпотужніший генератор - УЗГ-10.

Ультразвукові ванни типу ВМ призначені для ультра­звукового очищення і травлення твердих матеріалів у різних технологічних процесах машинобудування. Вони можуть бути місткістю від 2,5 до 40 дм3 і від 60 до 1000 дм3. Ці ванни живляться від генераторів різних типів (УЗМ та УЗГ). Відомо, що внаслідок УЗ-дії процеси термічної і хіміко-термічної обробки прискорюються. Застосовуються ультразвукові коливання у зміцнюючих електрофізичних процесах, у процесах поверхнево-пластичного зміцнення та при дифузійному зварюванні.