Розмірна обробка з використанням узк коливань
На відміну від електроерозійної та електрохімічної обробки, розмірна обробка УЗК може здійснюватися як для електропровідних так і для струмонепровідних матеріалів.
При розмірній обробці електрична енергія коливань ультразвукової частоти перетворюється в механічну енергію УЗК коливань. Перетворення електричної енергії в механічну здійснюється за допомогою спеціальних перетворювачів.
Перетворювачі поділяються на:
магнітострикційні;
п’єзокерамічні.
Магнітострикційні перетворювачі базуються на властивостях феромагнітних тіл під дією магнітного поля змінювати свої розміри
П’єзокерамічні перетворювачі базуються на п’єзокерамічному ефекті – це процес виникнення електричних розрядів при механічному деформуванні кристалів матеріалу.
З точки зору фізики процесу, УЗК обробка представляє собою складні фізико-хімічні процеси і включає:
- руйнування обробляємого матеріалу за допомогою сколювання його частин;
- видалення частин сколювання з зони обробки.
Велику роль у відокремленні частин матеріалу відіграє процес кавітації - це утворення в рідині невеликих повітряних бульбашок чи кульок, де дуже високий тиск. Процес кавітації дуже небажаний для турбін.
Схема процесу з УЗК - коливаннями:
Рисунок 22 – Схема процесу з УЗК - коливаннями
заготовка; 2 -інструмент; 3 - концентратор; 4 - вібратор;5 - генератор УЗК – коливань; 6 - ванна з суспензією;
Суспензія – вода + дрібнозернистий абразив
Амплітуда коливань 0,01-0,06мм
Призначення концентратора – створювати резонансну частоту в зону обробки (між торцевою поверхнею інструменту і поверхнею заготовки) подається суміш води і дрібнозернистого порошку. При включенні генератора інструмент починає вібрувати з певною частотою і амплітудою (0,01-0,06), f=16-25кгц. Зерна абразивів під дією ударів вібруючого інструменту проводять процес зняття матеріалу із заготовки (сколюють частини матеріалу). Для одержання резонансної частоти в процесі обробки спеціально проектується і виготовляється концентратор 3.
Кінематика УЗК – коливань, як і будь якого іншого процесу різання, складається з головного і допоміжного рухів.
Головний рух – це
рух пов’язаний з коливаннями торця
інструменту. Швидкість головного руху
визначається так:
,м/с
Швидкість головного руху складає 0,6-0,7 м/с.
Допоміжний рух – це рух подача вертикального переміщення інструменту в процесі обробки.
Основні технологічні характеристики узк – обробки
Продуктивність
На продуктивність обробки впливає:
- частота коливань
- амплітуда
- розміри абразивного зерна
-матеріал заготовки
З збільшенням амплітуди коливань об’єм матеріалу збільшується; з збільшенням розміру і твердості абразивного зерна продуктивність також збільшується.
Оптимальне значення амплітуди пов’язують з діаметром зерна. При невеликих розмірах зерна і великих амплітудах, тобто 2А/dз>1 головним чином йде процес подріблення зерна абразиву. Якщо відношення 2А/dз<0,5 , в основному величина імпульсів недостатня для впровадження зерна в оброблювальний матеріал. Оптимальне значення 2А/dз=0,6-0,8. Залежність відношення 2А/dз і продуктивності обробки має такий вигляд(див. малюнок).
Із збільшенням розміру і твердості зерен продуктивність збільшується (але треба змінювати амплітуду, а її міняти складно).
Рисунок 23 – Графік залежності продуктивності від залежності 2А/dз
Великий вплив на продуктивність обробки має матеріал абразивних зерен- карбід бору, карбід кремнію, електрокорунд і алмазний порошок. При обробці скла, якщо прийняти карбід бору за 100%, карбід кремнію становить 83%, електрокорунд-71%, алмазний порошок 91%.
Якщо обробляється твердий сплав, то ці цифри будуть такі: 100%,55%,59%,105%.
Концентрація абразиву в рідині 45-50%.
Рідина виконує слідуючи функції:
безперервно подають в зону обробки абразиву
охолодження зони обробки
вимивання продуктів обробки з зони обробки
створення кавітаційних процесів, які сприяють процесу обробки матеріалу.
Найбільш часто використовують воду.