2. Якість та точність розмірів обробленої поверхні.

Якість обробленої поверхні залежить від розміру зерна абразиву, амплітуди коливань інструмента, шорсткості поверхні інструмента й ін. Найбільше впливає на шорсткість поверхні розмір зерна абразиву – з його зменшенням шорсткість знижується.

Розміри мікронерівностей збільшуються при рості амплітуди коливань інструмента. Шорсткість оброблюваної поверхні можна зменшити, якщо як рідину для суспензії застосувати машинні масла. Однак такий метод не можна широко рекомендувати, тому що при цьому знижується продуктивність обробки.

На якість оброблюємої поверхні впливає також шорсткість поверхні інструмента При чистових операціях шорсткість робочих поверхонь інструмента повинна бути менше необхідної шорсткості поверхні оброблюємої деталі.

При ультразвуковій обробці отвір розбивається, тобто його поперечні розміри виходять трохи більше відповідних розмірів інструмента. Величина розбивки залежить від зернистості абразиву. Так, при використанні абразиву №10 розбивка отвору досягає 0,4-0,5 мм, а при використанні дрібнозернистого абразиву (№ 3) знижується до 0,03-0,06 мм. Для підвищення точності обробки поперечні розміри інструмента варто коректувати з врахуванням застосовуваного абразиву.

При чорновій обробці абразивом № 8 – № 12 коректування складає 0,2-0,3 мм, а при чистовий обробці абразивом № 3 - 0,08...0,1 мм.

У процесі ультразвукової обробки виникає конусність отвору. Найбільший вплив на неї робить зернистість абразиву. При обробці отворів глибиною 5-10 мм абразивом № 12 конусність знаходиться в межах 0,025-0,04 мм, більш дрібним абразивом – до 0,01 мм. Найбільш високої точності обробки (±0,005 мм) можна досягти, використовуючи мікропорошки.

Знос інструмента в основному відбувається по торцю і складає при обробці скла 1-1,5 %, а при обробці твердого сплаву 40-50 % загального обсягу матеріалу, що видаляється.

3. Типові операції ультразвукової розмірної обробки

Типові операції ультразвукової розмірної обробки – це виготовлення, доведення і відновлення висадочних, вирубних, карбувальних матриць, пуансонів, твердосплавних волок, обробка алмазних волок, годинникових каменів, ріжучого інструменту, гравіювання деталей, виготовлення щілин і пазів, розрізування крихких і твердих матеріалів і ін. Ультразвукова обробка твердосплавних карбувальних, висадочних, кувальних, витяжних матриць, пресформ, ливарних форм, а також виготовлення матриць вирубних штампів невеликих розмірів дозволяють знизити трудомісткість у 5-20 разів у порівнянні із слюсарною обробкою.

Обробка матриць і штампів.

Ультразвуковим методом сферична поверхня твердосплавної матриці для висадження кульок підшипників на Першому державному підшипниковому заводі (ГПЗ-1) обробляється за 10-15 хв (припуск на обробку – 1 мм). Методами механічної обробки така деталь виготовляється за 3-4 г.

Твердосплавна матриця, необхідна для вирубки вушка годинника ультразвуковим методом обробляється за 2 г 15 хв замість декількох десятків годин при виготовленні її фрезеруванням, шліфуванням і слюсарним доведенням.

Ультразвукове доведення матриці з твердого сплаву ВК15, застосовуваної для вирубки в пружинній шайбі фасонного отвору діаметром 14 мм, здійснюється за 1 ч 10 хв. При цьому на ультразвуковому верстаті потужністю 1,5 квт досягається точність обробки 0,03 мм і шорсткість обробленої поверхні Ra = 0,63. Доведення такої матриці вручну висококваліфікованим слюсарем-лекальником вимагає 20-25 г.

Щоб одержати високу якість поверхні твердосплавних штампів, обробку ведуть з максимальною продуктивністю при амплітуді коливань інструмента 50-60 мкм. При чорновій обробці застосовують абразив зернистістю № 10 і № 6, а при чистовий – № 3 і менше. Звичайно обробка проводиться за один чорновий прохід і один-два чистових. Припуск на чистову обробку при цьому не перевищує 0,02-0,04 мм на сторону. Щоб не було сколювання твердого сплаву на виході інструмента, при обробці наскрізних порожнин під заготовку підкладають загартовані сталеві пластини.

Обробка ріжучого інструмента, оснащеного пластинами з твердого сплаву, застосовується для одержання стружколомних канавок на передній поверхні твердосплавних призматичних фасонних різців. Такі канавки можна одержати і електроіскровим методом, але ультразвукова обробка забезпечує більш високу якість обробленої поверхні і, отже стійкість різця.

Для різців з мінералокераміки марки ЦМ-332 і твердого сплаву марки Т15К6 при глибині канавок менш 0,6 мм продуктивність практично не залежить від площі інструмента (остання змінювалася від 7 до 60 мм2). При більшій глибині зі збільшенням площі обробки продуктивність знижується. Для мінералокерамики марки ЦМ-332 досягнута продуктивність 75-90 мм3/хв, а для твердого сплава-Т15К6 – 11...14 мм3/хв. При розмірах зерен абразиву (карбід бора) 63-85 мкм і амплітуді коливань інструмента 25-30 мкм шорсткість обробленої поверхні Ra = 1,25 ... 0,63.

Виготовлення отворів в алмазних волоках і інших алмазних інструментах. Обробка алмазів – серйозна проблема. Звичайно при виготовленні деталей з алмаза до 50 % сировини йде у відходи. Ультразвукова обробка підвищує коефіцієнт використання матеріалу і продуктивність виготовлення алмазних фільер у 5-7 разів у порівнянні з механічною. Однак оброблюваність алмазів залишається невисокою, а знос інструменту значний.

Як інструмент використовують алмазну голку діаметром 1,35 мм, заточену під необхідним кутом. Для підвищення точності і якості обробки алмазній заготовці повідомляється обертальний рух. Час прошивання отвору діаметром 0,1-2 мм в алмазній волоці складає 1,5-4 хв, шорсткість обробленої поверхні Ra = 0,08. Точні отвори малих діаметрів одержують цим методом також у деталях зі штучних рубіна і сапфіра, феррита і т.п.

Ультразвукове гравіювання дуже ефективне для скла, напівкоштовних каменів і інших подібних матеріалів. Трудомісткість обробки в порівнянні зі звичайним (механічним) гравіюванням знижується в десятки разів. Малюнок, нанесений на торець робочого інструмента на глибину 0,5-1,5 мм, відтворюється відразу весь на поверхні оброблюваної деталі. Час гравіювання складає приблизно 2-5 с. Оскільки один інструмент можна використовувати багаторазово, вартість ультразвукового гравіювання невелика.

Інструмент являє собою загартований сталевий дріт діаметром 0,2-0,3 мм і довжиною не більш 20 мм. Амплітуда коливань інструмента – 25 мкм.

Одержання щілин і розрізування заготовок широко поширені при обробці крихких твердих матеріалів типу германія, кремнію, кварцу, скла, рубіна, сапфіра в приладобудівній і електронній промисловості.

Заготовки потрібного розміру нарізають із пластин спеціальним інструментом ультразвуковим методом. Так, для одержання заготовок круглої форми до торця інструмента припаюють тонкостінні трубки. Кількість їх може бути до декількох десятків (сотень) у залежності від потужності установки і умов обробки. Наприклад, у скляній квадратній заготовці (33 х 33 мм) товщиною 2,5 мм інструментом з 24 тонкостінними трубками були вирізані 24 диска діаметром 4,5 мм. Як абразив використовувався карбід бора зернистістю № 3. Амплітуда коливань інструмента складала 25 мкм, тривалість розрізування всіх заготовок – 2,5 хв. По такому ж принципу оброблялися пази шириною 0,6 мм і глибиною 1 мм у деталях зі скла. Час їхньої обробки складав 8-10 с.

Тонкі алмазні круги, застосовувані на деяких підприємствах, не можуть дати ширину пропилу менш 1 мм, що необхідна при виготовленні, наприклад, кварцових резонаторів для радіоелектронної промисловості. Використання ультразвуку на таких операціях значно заощаджує алмази і кварц, знижує трудомісткість обробки. Мінімальний час вирізання кварцевої заготовки діаметром 14 мм із пластини товщиною 1,5 мм складає 5-7 с.

Використання ультразвукового методу для розрізування монокристаллів германію і кремнію в напівпровідниковій промисловості значно підвищує економічний ефект (на 30 % збільшується вихід готових деталей і значно скорочується брак). Звичайно для вирізання дисків малих діаметрів із пластин германія або кремнію застосовують багатолезовий інструмент, що складається з набору трубок, припаяних до торця концентратора. Так, із пластини товщиною 0,6 мм можна вирізувати одночасно 400 дисків за 1-1,5 хв.

Ультразвуковим методом успішно вирізують і розрізають сапфірові і рубінові заготовки. На одному з підприємств такі заготовки вирізували за допомогою інструмента діаметром 15 мм із малолегованої термообробленої сталі, у якому було просвердлено 35 отворів діаметром 1,6 мм і глибиною 5 мм. Як абразив застосовувався карбід бора. Час вирізання 35 рубінових дисків товщиною 1 мм склав 3,5 хв, а сапфірових дисків товщиною 2 мм – 8,5 хв. Так одержують заготовки годинникових каменів зі штучного рубіна, сапфіра, агата. Точність виготовлення складає ±0,025 мм. Зокрема, вирізання сапфірових дисків діаметром 1,9 мм із пластин виконується інструментом, що складається з 310 трубок з нержавіючої сталі, припаяних до концентратора.

Розроблений спосіб ультразвукового розрізування дротовим інструментом. Сталева або вольфрамова проволока-інструмент діаметром 0,05-0,3 мм, перемотуючись безперервно відновляється в зоні обробки. Інструментові-дротові повідомляються ультразвукові коливання. Така обробка дозволяє прямолінійно розрізати керамічні пластини й інші крихкі матеріали непрофільованим інструментом з високою продуктивністю (до 60-80 мм'²/хв для скла) і малою шириною різа (0,15-0,25 мм).