Учебное пособие 800618

Рис. 4.3. Конструкция головки для УЗО отверстий с наложением тока

4.2.Рабочие среды

Вкачестве рабочей среды при размерной ультразвуковой обработке используется абразивное или алмазное зерно, закрепленное на инструменте, или подаваемое в зону обработки в виде суспензии.

Тип абразива, его концентрация сильно влияют на производительность, точность и качество ультразвуковой размерной обработки. Зерна абразива выполняют функции режущего инструмента, поэтому они по твердости должны хотя бы не уступать обрабатываемому материалу.

Для ультразвуковой обработки обычно применяют карбид бора, который хорошо смачивается водой и благодаря

201

сравнительно небольшой плотности удовлетворительно переносится жидкостью. Другие абразивные материалы (карбид кремния, электрокорунд) применяются лишь для изготовления деталей из стекла, германия и материалов, которые хорошо обрабатываются ультразвуковым методом. Если производительность обработки стекла карбидом бора принять за единицу, то производительность обработки карбидом кремния равна 0,8- 0,85, а электрокорундом – 0,7-0,75.

В качестве жидкости, несущей абразив, обычно используют воду, обладающую малой вязкостью, удовлетворительной смачивающей способностью и хорошими охлаждающими свойствами. В воду целесообразно добавлять ингибитор коррозии. Использование добавок, оказывающих химическое воздействие на обрабатываемый материал, позволяет увеличить производительность. Так добавление в абразивную суспензию 15 % водного раствора сернокислой меди повышает производительность процесса ультразвуковой обработки твердых сплавов в 1,7-2,5 раза.

Параметры ультразвуковой обработки существенно зависят от среднего размера зерен абразива (под размером зерна понимают его средний диаметр). Уменьшение размеров абразивных зерен вызывает снижение производительности, особенно если размер зерна меньше амплитуды колебаний. С другой стороны, чем меньше зерно, тем выше точность изготовления. В процессе работы происходит интенсивное дробление абразивных зерен, поэтому производительность в начале обработки может быть до 3 раз больше, чем в конце.

На производительность в значительной степени влияет концентрация абразива в суспензии. При оптимальной концентрации по всей обрабатываемой поверхности укладывается один слой зерен абразива. При чрезмерной концентрации суспензии в рабочей зоне абразив будет располагаться в несколько слоев, и эффективность процесса снижается, т.к. увеличивается доля работы, идущей на диспергирование самих зерен. Характеристики абразивного материала приведены в табл. 4.1.

202

Используются также алмазные материалы (табл. 4.2).

Таблица 4.2 Характеристики алмазных порошков, используемых при УЗО

Имеется возможность интенсификации ультразвуком процесса химического травления и рекомендуются безабразивные растворы, приведенные в табл. 4.3.

203

Таблица 4.3 Химические растворы для травления металлов

в ультразвуковом поле

4.3. Конструкция инструментов для металлорежущих станков

Для интенсификации процессов резания используют инструменты со стандартной рабочей частью, но более прочным креплением к колебательной системе, применяемой на металлорежущем станке. Инструментами могут быть резцы, сверла, зенкеры, метчики и др.

Рабочая часть, например сверла, имеет стандартную форму и геометрию (возможно снижение наружного диаметра на величину «уширения» отверстия при ультразвуковых колебаниях), а хвостовик снабжен резьбовым переходником или крепится к колебательной системе неразборным соединением (пайкой, склеиванием и др.).

204

Вопросы для самоконтроля

1.Что входит в состав дополнительного инструмента при размерной УЗО?

2.Покажите схему ультразвукового прошивания свободным абразивом.

3.Покажите конструкцию инструмента для ультразвукового (УЗ) сверления (прошивки).

4.Покажите схему инструмента для ультразвукового шлифования.

5.Покажите схему инструмента для УЗ хонингования.

6.Покажите схему инструмента для УЗ доводки круглых участков деталей.

7.Покажите схему инструмента для УЗ локальной доводки.

8.В чем особенности УЗ головки для комбинированной обработки с наложением тока.

9.Какие рабочие среды применяют при УЗО?

10.Какие характеристики абразивных порошков необходимо учитывать при УЗО?

11.Что понимается под интенсификацией УЗ процесса травления металлов?

12.Какие особенности имеет инструмент для металлорежущих станков при УЗ интенсификации процесса?

205

5. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ

Лучевые методы включают следующие виды обработки:

-электронным лучом;

-ионным лучом (плазма);

-световым лучом (лазер).

Для обработки электронным лучом используют режимы, обеспечивающие протекание устойчивого процесса формообразования, которое происходит при напряжении 25-100 кВ. При этом сила тока составляет (50-500) 10-3 А, диаметр пятна контакта от 1 мм до нескольких микрон, плотность энергии 7-100 кВт/мм2. Нагрев материала в месте фокусировки достигает 2000 К.

При разделении материалов ионным лучом применяют напряжение 100-400 В, силу тока 250-600 А, плотность теплового потока до 106 Вт/см2.

В случае плазменно-механической обработки (ПМО) резанием с предшествующим нагревом заготовки применяются электрические режимы, формирующие луч:

-при точении: напряжение 150-280 В, сила тока 250-400 А;

-при шлифовании: напряжение 180-290 В, сила тока 250-260 А. ПМО нашла использование при формообразовании

крупногабаритных деталей, особенно из труднообрабатываемых сплавов.

Широкое применение в промышленности получил лазер. Обработка световым лучом позволяет разделять любые материалы, выполнять отверстия малого диаметра, производить термообработку, сварку материалов и другие операции.

Современные лазеры имеют следующие параметры:

-энергия импульса, Дж – 0,1-1000;

-длительность импульса, с – 1-10-5;

-плотность мощности излучения, Вт/см2 – до 1016;

-частота импульсов, кГц – 0,1-1000;

-пиковая мощность (при непрерывном излучении), кВт–до 200.

206

Режимы получения отверстий диаметром менее 0,5 мм и глубиной до 5 мм с соотношением глубины к диаметру до 50 приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Режимы лазерной прошивки отверстий

207

В табл. 5.2 приведены режимы разделения материалов импульсным лазерным излучением.

208

Кроме указанных в табл. 5.1 и 5.2 параметров для формирования лазерного луча требуется точная автоматическая фокусировка, погрешность которой по [4] должна быть не бо-

лее 0,1-0,2 мм.

209

Вопросы для самоконтроля

1.Что понимают под инструментом для лучевой обработки?

2.Какие виды лучевой обработки Вам известны?

3.Какие режимы электроннолучевой обработки требуются для формирования луча?

4.Какие режимы требуются для плазменной обработки?

5.Где используется в машиностроении плазменная обработка?

6.Где применяется лазерная обработка?

7.Какие параметры требуются для настройки лазерного луча?

8.Для каких деталей применяют лазерную обработку (проводники, диэлектрики)?

9.Режимы лазерной прошивки отверстий.

10.Режимы разрезания материалов.

11.Режимы скалывания материалов.

12.Режимы скрайбирования. Что такое скрайбирование?

13.Как и с какой точностью выполняется фокусировка лазерного луча?

210