3. Абразивні матеріали, що застосовуються для узо

Під абразивною здатністю розуміють інтенсивність знімання матеріалу в одиницю часу. Критерієм абразивної здатності є кількість вилученого матеріалу в одиницю часу. Затупляємість абразивного зерна полягає в збільшенні радіуса заокруглення його гострих граней. По розмірах зерна абразиви поділяють на:

• шліфзерна (№ 200-№ 16),

• шліфпорошки (№ 12-№ 3)

• мікропорошки (М40-М5).

Розміри шліфзерен і шліфпорошків визначають ситовим аналізом. Розмір ячейки сита (у мікрометрах), на якому затрималися зерна абразиву при просіюванні, дорівнює номерові зернистості, помноженому на десять. Розмір мікропорошків визначають мікроскопічним аналізом.

Як абразив застосовують карбід бора, карбід кремнію, электрокорунд і ін.

Недоліком таких абразивів, як карбід бора і карбід кремнію, є наявність у зернах включень графіту, що різко знижує міцність зерна. В даний час ведеться робота зі зниження кількості включень графіту і досягненню більш рівномірного розміру зерен при промисловому виготовленні абразиву. При ультразвуковій обробці твердість зерен абразиву повинна бути трохи вище твердості оброблюваного матеріалу. Тому для обробки важкооброблюваних матеріалів у першу чергу варто використовувати карбід бора й у рідких випадках дорогий алмазний порошок.

При ультразвуковій обробці крихких матеріалів (стекло, титанат барію й ін.) застосовують більш дешеві і менш дефіцитні абразиви – чорний карбід кремнію і електрокорунд. Карбід кремнію має більш високу твердість, чим электрокорунд, і при обробці скла забезпечує досить високі ріжучі властивості. Однак карбід кремнію, особливо зелений, має велику крихкість. Тому для обробки твердого сплаву і загартованих сталей використовувати його недоцільно.

Лекція №11 узо Технологічні характеристики й області застосування узо.

1. Продуктивність і оброблюваність

2. Якість та точність розмірів обробленої поверхні

3. Типові операції ультразвукової розмірної обробки

4. Обладнання для УЗО

1. Продуктивність і оброблюваність

Основними технологічними характеристики ультразвукової розмірної обробки є: продуктивність, оброблюваність, якість обробленої поверхні і точність процесу. Вони залежать від багатьох факторів. Серед головних варто назвати амплітуду і частоту ультразвукових коливань, характеристики абразиву, властивості оброблюваного матеріалу і матеріалу інструмента і т.д.

Продуктивність і оброблюваність. Продуктивність обробки можна визначити по величині подачі і по об'ємному з’йому матеріалу.

При обробці неглибоких порожнин середня подача s_l мм/хв визначається по формулі:

,

де l₁ – глибина обробки, мм;

t₁ – час обробки, хв.

При обробці глибоких порожнин для поновлення абразивної суспензії в зоні обробки необхідно періодично виводити інструмент з оброблюваної порожнини. Тому

,

де n – кількість виведень інструмента;

t₁ – час обробки, хв;

t₂ – час виведення інструмента, хв.

Продуктивність по об'ємному з’йому матеріалу знаходять при обробці глухих отворів суцільним інструментом. У цьому випадку середній з’йом матеріалу V мм³/хв визначається подачею s і площею F поперечного перерізу інструмента:

Продуктивність обробки залежить від звукових параметрів — частоти й амплітуди коливань інструмента. Залежність середнього знімання матеріалу від амплітуди коливань А можна визначити по формулі

де С – постійний коефіцієнт;

х – показник, що залежить від умов обробки і властивостей оброблюваного матеріалу.

На продуктивність обробки впливає співвідношення амплітуди коливань А и середнього розміру d_a абразивного зерна. Як правило, максимальна продуктивність має місце при 2A/d_а = 0,6 ~ 0,8. В умовах великих амплітуд і малих розмірів зерен через надмірне навантаження зерна вони не впроваджуються в поверхню, а дробляться. Малі амплітуди при великих зернах приводять до недостатнього впровадження абразиву в поверхню, що пояснюється порівняно слабким імпульсом ударної сили.

Значно впливають на продуктивність обробки фізико-механічні властивості оброблюємого матеріалу. На основі аналізу оброблюємості ультразвуковим методом матеріали поділяють на 3 групи. Матеріали кожної з них розрізняються критеріями крихкості t_x.

Перша група – крихкі матеріали (t_x > 2) типу скла, кварцу, кераміки, алмаза, кремнію і т.д. При ультразвуковій обробці ці матеріали практично не піддаються пластичній деформації. Вони починають руйнуватися після стадії малих деформацій, що більш-менш точно підкоряються законові Гука. Для матеріалів цієї групи застосовувати ультразвукову розмірну обробку найбільше ефективно.

Друга група – тверді сплави, загартовані, цементовані й азатовані сталі, титанові сплави й інші, для яких t_x =1-2. При обробці цих матеріалів поряд із пружними відбуваються і мікропластичні деформації, що погіршує оброблюваність. Тому використовувати ультразвуковий метод для обробки матеріалів цієї групи не завжди доцільно.

Третя група – пластичні матеріали типу свинцю, м'яких сталей і інших, для яких t_x менше 1. При ультразвуковій обробці вони практично не руйнуються, тому що майже вся робота абразиву витрачається на мікропластичну деформацію. Тому для матеріалів третьої групи ультразвукова розмірна обробка в середовищі абразивної суспензії недоцільна.

Продуктивність обробки істотно залежить від типу застосовуваного абразиву і його концентрації в суспензії. Зі збільшенням розмірів і твердості зерен абразиву продуктивність росте, причому особливо інтенсивно в діапазоні зернистості 0-60 мкм. При подальшому збільшенні зернистості ріст швидкості обробки сповільнюється. Максимальна продуктивність досягається при використанні абразиву з зернами середньої величини 110 мкм; при цьому концентрація абразиву повинна бути в межах 30-40 % загальної маси суспензії.

На продуктивність значно впливає рідина, застосовувана для абразивної суспензії. Найкращі результати виходять при використанні звичайної води, тому що вона має малу в'язкість, задовільну змочувальну здатність і гарні охолоджувальні властивості. У воду доцільно додавати невелику кількість інгібіторів корозії. Якщо як рідину для суспензії застосовувати різні олії, гас, гліцерин, дистильовану воду, продуктивність знижується в 5-10 разів.

Продуктивність обробки залежить також від ступеня відновлення абразивної суспензії. Так, зі збільшенням подачі продуктивність спочатку зростає до визначеного максимуму, але потім, якщо не забезпечити примусову циркуляцію суспензії, починає знижуватися.

Зі збільшенням глибини обробки продуктивність падає через погіршення умов відновлення абразивної суспензії. Щоб поліпшити ці умови і створити більш рівномірну концентрацію абразиву в робочій зоні, доцільно застосовувати циркуляційну систему його підведення.

Збільшення площі інструмента знижує продуктивність. Це можна пояснити тим, що через збільшення площі інструмента амплітуда коливань зменшується. Крім того, при великій площі інструмента значно погіршуються умови надходження в робочу зону нового абразиву і видалення продуктів зносу.

В даний час на ультразвукових верстатах при обробці стекла можна одержати продуктивність до 1000-1500 мм3/хв на 1 кв-; підведеної потужності, а при обробці твердого сплаву – 20...25 мм3/хв.