6.7. Вибрационное резание
Это резание, когда одному из элементов ТС сообщаются вынужденные колебания с заданными оптимальными значениями частоты и амплитуды. С целью экономии энергии, затрачиваемой на вынужденные колебания, целесообразно их сообщать элементу с наименьшей массой.
Вибрационное резание бывает двух типов: низкочастотное и высокочастотное.
Низкочастотное вибрационное резание на практике применяется для дробления стружки. Здесь вибрация необходима для разделения стружки на элементы заданной длины с целью обеспечения её транспортировки из зоны резания. Это имеет значение при обработке внутренних поверхностей, когда образующаяся сливная стружка затрудняет обработку.
Низкочастотные колебания ТС обеспечиваются специальными устройствами. Конструкции их весьма разнообразны. Они бывают пневматические, механические (от кулачкового механизма), электрические – посредством периодически включаемой электромагнитной муфты и др.
Обычно низкочастотные колебания сообщают в направлении подачи. Амплитуда А выбирается в зависимости от подачи на оборот: А = (0,8…1,25)S0, а частота определяется по формуле
,
с-1,
где – длина элемента стружки, которую необходимо получить при вибрационном резании.
Высокочастотное вибрационное резание производится с ультразвуковой частотой 20000 Гц и малой амплитудой от 5 до 15 мкм. Для получения ультразвуковых механических колебаний в осносном применяется установка, состоящая из генератора электрических ультразвуковых колебаний (УЗГ), преобразователя электрических колебаний в механические, концентратора, обеспечивающего механические колебания в зоне резания. Блок-схема ее показана на рис.6.23.
Рис.6.23. Блок – схема устройства для
ультразвукового вибрационного резания:
1 – ультразвуковой генератор; 2 – преобразователь;
3 – концентратор; 4 – инструмент
Ультразвуковые генераторы (УЗГ) являются изделиями, выпускаемыми централизованно. Частота колебаний ЭДС на выходе из УЗГ является постоянной и равна 20 КГц, а мощность на выходе регулируется за счет изменения амплитуды. Выпускаются УЗГ мощностью от 0,5 кВт до 20 кВт. Для ультразвукового резания применяются генераторы мощностью 4,5…10 кВт.
Основным физическим эффектом ультразвуковых колебаний в процессе резания является значительное уменьшение коэффициента трения, вследствие чего уменьшаются сила резания, работа резания и количество выделяемого тепла, нарост не образуется, а автоколебания не возникают. Поэтому применение ультразвука особенно эффективно при обработке, сопровождающейся значительным трением, а именно: при нарезании резьбы метчиками, шлифовании, обработке отверстий и др. Ультразвуковое резание является более эффективным по сравнению с обычным резанием, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов.
Однако ультразвуковому резанию присущ существенный недостаток, заключающийся в том, что колебания приводят к усталостному разрушению лезвий. Поэтому ультразвуковое резание не рекомендуется для обработки инструментами из хрупких инструментальных материалов: твердых сплавов, минералокерамики и СТМ.