Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

В варианте на рис. 6.8, б инструмент-проволока 2 протягивается с небольшим натягом через фильеру, установленную в пучности ко­ лебаний концентратора. В последнем случае (рис. 6.8, в) инстру­ мент огибает концентратор 1 по радиусной канавке, а прижим прово­ локи к концентратору осуществляется за счет ее противонатяжения.

Как показала практика, оптимальным является последний вари­ ант, при котором обеспечивается стабильное протекание процесса при различных диаметрах инструмента.

Обработка по этой схеме осуществляется следующим образом. В натянутой между двух опор проволоке, постоянно перематываемой с одной катушки б на другую катушку 7, с помощью шипа 5 возбу­ ждаются ультразвуковые колебания от концентратора. Обрабаты­ ваемую заготовку 3 с небольшим усилием прижимают к инструмен­ ту, а в зону их контакта подается абразивная суспензия 4. Этот свое­ образный «ультразвуковой лобзик» позволяет выполнять контурную вырезку, обработку узких пазов и щелей (шириной свыше 0,1 мм), разрезку заготовок и др. Производительность процесса резки стекла непрофилированным инструментом Q составляет 150...200 мм2/мин. Этот способ наиболее эффективен при обработке очень тонких дета­ лей из стекла и керамики, когда другие способы вызывают разрушение детали. На производительность процесса и точность обработки ос­ новное влияние оказывают сила натяжения рабочего участка инст­ румента F и сила подачи Р„ детали, свойства материала и толщина обрабатываемой детали, амплитуда и спектр колебаний инструмен- та-проволоки, материал и зернистость абразива.

Процесс обработки осуществляется под действием изгибных ко­ лебаний, возбуждаемых в проволочном инструменте. Работа изгиб­ ных колебаний зависит главным образом от амплитуды колебаний волновода А0и силы натяжения инструмента F.

Обработка отверстий

Данная операция является наиболее распространенной при ультра­ звуковой размерной обработке. Этим способом обрабатывают отвер­ стия различной формы размером от 0,2 до 80 мм и глубиной более 20...30 мм. Обработку на глубине 15...20 мм эффективно можно вы­ полнять при активных способах подвода абразивной суспензии (про­ качка под давлением и вакуумный отсос). Ультразвуковую обработку

130

обработку. Применение кондукторных втулок позволяет вести обра­ ботку отверстий различной формы с точностью их взаимного распо­ ложения до 0,1 мм. При обработке по разметке максимальная точность расположения отверстий составляет около 0,2 мм.

Рис. 6.10. Схемы ультразвуковой обработки отверстий по кондуктору:

а- с базированием по наружному контуру;

б- с базированием по внутреннему контуру

Обработка деталей из твердых сплавов

Наиболее эффективным способом повышения производительно­ сти ультразвуковой обработки твердых сплавов и других электро­ проводящих материалов является совмещенный (комбинирован­ ный) метод. Он основан на рациональной комбинации ультразвуко­ вого и электрохимического процессов анодного растворения.

Процесс электрохимического анодного растворения металлов за­ ключается в том, что при прохождении электрического тока через электролит на поверхности заготовки, включенной в цепь источни­ ка постоянного тока в качестве анода, происходят химические реак­ ции, в результате которых поверхностный слой металла переходит в окислы, соли и другие химические соединения. Процесс анодного растворения в неподвижном электролите имеет низкую производи­ тельность и характеризуется тем, что его интенсивность со временем обработки снижается по экспоненциальному закону. Это связано с тем, что образующаяся на аноде (заготовке) неэлектропроводящая пленка гидратов окиси быстро покрывает всю поверхность обраба­ тываемой детали (пассивация анода).

132

Если объединить в один два процесса - ультразвуковую размер­ ную обработку и анодное растворение, то происходит следующее. Во-первых, зерна абразива воздействуют _не на прочный и вязкий обрабатываемый материал, а на хрупкую пленку окислов, которая легко удаляется, и, во-вторых, действию электрического тока, про­ ходящего через электролит, подвергаются непассивированные уча­ стки обрабатываемой поверхности. В результате одновременного протекания процессов анодного растворения и ультразвуковой об­ работки облегчаются условия работы абразивных зерен и обеспечи­ вается близкий к 100 % выход по току. По сравнению с обычной ультразвуковой обработкой это ведет к повышению производитель­ ности процесса и снижению износа инструмента.

На рис. 6.11 приведена схема совмещенного метода обработки. По сравнению со схемой обычной ультразвуковой размерной обра­ ботки в данном случае добавляется источник постоянного тока на­ пряжением 6... 18 В, положительный полюс которого подключается к заготовке, а отрицательный - к концентратору и инструменту ультразвуковой колебательной системы. Обрабатываемая заготовка электрически изолирована от станка прокладкой. Абразивные зерна взвешены в электролите, состав которого, а также плотность тока выбираются оптимальными для каждого обрабатываемого материала.

Рис. 6.11. Принципиальная схема совмещенного способа обработки: 1 —преобразователь; 2 - концентратор; 3 - инструмент;

4 - обрабатываемая заготовка; 5 —электроизоляцишща*-ярокладка;

6 - абразивная суспензия

133

7.6) в процессе обработки второй учащийся, постоянно переме­ шивая абразивную суспензию, с помощью мерной ложки периоди­ чески наносит ее на обрабатываемую поверхность образца в зоне ее контакта с инструментом;

7.7) в момент окончания обработки, т.е. получения в заготовке сквозного отверстия с выходом через него инструмента, снять пока­ зания времени с секундомера и занести значение продолжительно­ сти обработки (Го) в соответствующую графу 3 табл. 6.2. Не вы­ ключая питания преобразователя, аккуратно перемещая заготовку вниз, освободить ее от инструмента, после чего выключить питание преобразователя и ультразвукового генератора.

8. Провести измерения геометрических параметров полученного отверстия,для чего:

8.1) обработанный образец промыть водой для удаления остат­ ков абразивной суспензии и насухо протереть ветошью;

8.2) поместить образец на измерительный стол микроскопа МИМ-5 и в двух взаимно перпендикулярных направлениях изме­ рить диаметр отверстия, полученного на поверхности образца со стороны входа инструмента. Вычислить среднее его значение (dKX и занести в табл. 6.2. Переустановить образец на противоположную сторону, аналогичным образом измерить диаметр на выходе инст­ румента (с/„ых) и полученное значение также занести в табл. 6.2. При выполнении этих измерений обратить внимание на наличие и вели­ чину сколов, возникающих на кромках отверстия как со стороны входа, так и выхода инструмента. Эти данные занести в соответст­ вующие графы таблицы.

9. Определить производительность операции ультразвуковой об­ работки отверстия в стекле по значению скорости перемещения ин­ струмента V„. Для этого величину толщины стеклянного образца разделить на полученное значение продолжительности обработки отверстия:

VH= h /j,, мм/мин.

Вычисленное значение Уя занести в табл. 6.2.

139