Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

2.7.2. Основные технологические параметры ультразвуковой обработки

/. Параметры, определяющие производительность V

//. Параметры, определяющие качество

Энергетические

Шероховатость поверхности Rz, мкм

1. Амплитуда колебаний А, мкм

15-45

1. Зернистость, мкм:

80-125

40-60

20-40

6-14

Rz

Средняя скорость колеба­

0,6-7

при обработке стекла

40/20

20/10

10/6,3

6,3/3,2

для

тельных движений, м/с

Х(РСТЛ^ГУ17 ,

при обработке твердого сплава

20/10

10/6,3

6,3/3,2

3,2/1,6 стенки/

дна

2. Рабочее давление Рст» МПа

0,1-1,5 (до

п = 0,5^1

2. Кавитационно-абра-

Стенок

0,3-80% поверхности для зерна 3-12

6 при про­

зивная эрозия (лунки

качке под

глубиной 0,1-0,2 мм)

давлением)

3. Частота колебаний/, кГц

18 и 22

Дна

Недостаточно изучена

4. Удельная мощность Ж, Вт/мм^

1-5 (не ниже 0,5-1,2)

5.

Добротность

колебательной

25-250 при холостом

Местный износ до 0,2-0,4 мм

системы Q

ходе

6. Стабильность частоты А/, Гц

Не менее 10-50

Местные каверны с 1 -0,2 мм

7.

Резонансные

свойства изде­

Оптимум-антирезонанс

Точность формы, мм

лия

8. Потери в концентраторе, %

Не более 15-20

1. Износ инструмента

Продольный А/, мм/мин

0,05-0,12

Абразивной суспензии

Поперечный Ad, мм

0,004 - 0,035

1. Твердость абразива

12-15

По Риджуэю

Скругление кромок

Не изучено

2. Зернистость d^^, мкм

От 7-14

Конусообразность (влияет

Не изучено

до 80-125

F = C2 X

давление)

3. Концентрация абразива к, %

До 45-55

X Ы д / л X

2. Размер зерна абразива

4. Динамическая

вязкость жид­

0,005-

х(1-ут);

Местные

изъяны

до

кости г|, Па с

0,01

0,4 мм

Л=(0,3...0,4)х

5. Температура т, °С

20-30

X 4

4. Точность установки, мкм

5-40 в зависимости от

точности обработки базы

Ц мм^/мин

SfПМ/мин

V,MM^/MUH

3, мм/мин

^5

У^\\

Ь5

0,70

JS

н^3Ь2

0Л5

25 h^

ша 6\ ^ ЛЧ— L2x —0мм]

75

^ 5

>^н V

^

п 1,0

70

70

38 35

78

F^,MM^

Внутренний диаметр инструмента

L

I

I I

I

I

J

I -

о

75 28,4

Jff

78,5F^,MM^

Рабочая плоиладь инструмента

5f

а)

Обрабатываемый материал

Производитель-

Относительный

Шероховатость

Точность

НОСТЬ iS",

износ инструмента

Ra,

обработки,

мм/мин

q,%

мкм

мм

Стекло, ситалл

5-20

0,5-1

1,25-5

0,02-0,1

Керамика 22ХС, ЦМ332

2-6

2-10

0,63-2,5

0,05-0,1

Твердые сплавы ВК

0,05-0,3

40-100

0,32-2,5

0,02-0,05

Германий, кремний, феррит

3-8

1-2

0,63-1,25

0,03-0,10

Закаленная сталь

0,05-0,1

120-200

0,32-2,5

0,03-0,10

Жаропрочные сплавы

0,02-0,03

150-200

0,63-2,5

0,08-0,10

2.7.4. Обрабатываемость материалов

Обрабатываемый

Относительная

Относительный износ

материал

обрабатываемость Ку

инструмента q, %

1

2

3

Техническое стекло.

1

0,5-1,0

оптическое стекло К8

Мрамор

2,5

0,2-0,4

Германий

1-1,5

0,5

Кремний

0,75-1,0

1,0

Феррит

0,7-0,8

1,5

Агат

0,5-0,75

1,0-1,5

Кварц

0,5-0,6

1,5-2,0

Конструкционная керамика

0,2-0,4

2-5

Z,0

^ - T N L

Ч^

Ь2r,6

L_l

й

?^bL^

0,8

1

1

1\

Г —

—

щ^

т^^

ОЛ

—

12

в

6 5

Ч 3 МЧО N28 М20 М74 МЮ М7 Mff

Зернистос/ло по ГОСТ 36^7-80

Мощность

серийно

выпускаемых

уни­

новки небольшой

мощности,

применяемые

версальных и специализированных ультразву­

для маркирования и обработки отверстий и

ковых станков изменяется в широких преде­

канавок на небольшую глубину; 2) стацио­

лах (0,04 ... 4 кВт), что позволяет вести обра­

нарные установки - ультразвуковые станки.

ботку деталей различных размеров, например,

Наибольшее

применение

получили ста­

с отверстиями диаметром 0,1 ... 100 мм.

ционарные ультразвуковые станки с верти­

Установки и станки для ультразвуковой

кальным расположением

оси

акустической

обработки

хрупких

материалов бывают: I)

головки.

переносные,

обычно

малогабаритные

уста­

2.7.6. Технические характеристики ультразвуковых станков

Характеристика

4Б771Ф11

4А771П

4Д772ЭФ

МЭ372

МЭ374

МЭ76

Мощность

генератора,

0,25

0,4

1,6

0,4

0,25

0,1

кВт

Предельные

размеры

0,8-50

До 60

До 80

0,4-12

0,05-2

0,12-1,6

обрабатываемых

отвер­

стии, мм

площадь

500

180

750

750

750

750

Оптимальная

обработки

сплошным

инструментом, мм^

Наибольшая

производи­

тельность, MMVMHH

До 3000

1500

5600

5600

5600

5600

по стеклу

по твердому сплаву

До 20

15

800

800

800

800

Частота вращения шпин­

350

350-

350-

350-

100-

1000

деля, мин"'

позициониро­

20

2500

2500

2500

3500

3

Точность

10

20

15

3

вания стола, мкм

5-80

1-80

До 300

0,3-25

0,05-2

0,2-4

Диапазон усилий подачи,

Н

1950х

1400х

4260х

Габаритные размеры, мм

1920х

1250х

1180х

хПООх

х785х

х1950х

х1050х

х1050х

х650х

х1900

х1800

х1850

х1450

х1450

х1450

Масса, кг

650

850

1800

910

150

250

336

Глава 2.7. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА

В зависимости от выходной мощности

При воздействии ультразвука, как уже

генератора различают ультразвуковые

станки:

указывалось,

возникает

динамическая сила,

1) малой мощности (0,04 ... 0,25 кВт); 2)

которая в несколько раз выше статической

средней мощности (0,4 ... 1,6 кВт); 3) боль­

силы. Поэтому сила Р^ и возникновение тре­

шой мощности (до 4 кВт). В табл. 2.7.6 при­

щины достигаются на более ранней стадии

ведены технические характеристики

универ­

нагружения. Этим и объясняется ультразвуко­

сальных и специальных ультразвуковых стан­

вая интенсификация процессов механической

ков. Станки МЭ76, МЭ374 специальные,

обработки хрупких материалов. Глубина рас­

предназначенные

для

обработки

алмазных

пространения трещины определяется

величи­

волок, а МЭ372 - для получения прецизион­

ной приложенной нагрузки, состоянием по­

ных отверстий в подложках из керамики,

верхностного слоя и свойствами обрабатывае­

феррита, стекла.

мого материала.

Причинами,

ограничивающими

приме­

Ультразвуковую

алмазную

обработку

нение УЗ размерной обработки деталей из

(УЗАО) можно проводить:

хрупких материалов на существующих стан­

1) с постоянной статической нагрузкой

ках, являются сравнительно небольшая глу­

(как при ультразвуковой размерной обработке

бина h (Л < 30

мм) и

площадь

обработки,

свободным абразивом), когда имеет место

большой износ инструмента. Поэтому этот

непрерывный контакт инструмента и детали

метод наиболее целесообразен при изготовле­

при постоянном статическом давлении;

нии неглубоких отверстий сложной формы.

2) с постоянной принудительной пода­

Обработка глубоких отверстий (Л до 500 мм)

чей, причем величина минутной подачи по­

цилиндрической и конической формы наибо­

стоянна, а инструмент и деталь находятся под

лее эффективна

вращающимися

алмазными

действием переменной силы. Этот метод мо­

инструментами, которым сообщаются

ультра­

жет быть реализован на обьпных металлоре­

звуковые колебания с

амплитудой А= 10 ...

жущих станках, например, фрезерных.

12 мкм. Здесь отпадает необходимость подачи

Эффективность процессов УЗЛО зависит

абразивной суспензии (в рабочий зазор пода­

от следующих технологических характеристик:

ется только вода),

так

как роль

абразивных

а)

объемная

производительность

частиц играют зерна алмаза. Это

позволяет

(MMVMHH) при сквозном

сверлении

трубча­

резко повысить производительность процесса,

тым инструментом

увеличить точность обработки, снизить расход

- D^\h

алмазов, в 10 раз увеличить глубину обработ­

ADI

ки без снижения производительности.

V =

4т

2.7.2. УЛЬТРАЗВУКОВОЕ АЛМАЗНОЕ СВЕРЛЕНИЕ

где Dj - диаметр обработанного отверстия,

ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ И

АЛМАЗНОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ

мм; D\ - диаметр вырезанного цилиндра

Одним из

наиболее перспективных на­

(сердечника), мм; h - глубина обработки, мм;

т - время обработки, мин.

правлений интенсификации обработки дета­

При фрезеровании

лей из хрупких неметаллических материалов

является ультразвуковая обработка алмазными

V = bhl/x ,

инструментами [6, 8-11, 16-18].

Основным

механизмом локального раз­

где Ь, h, I - ширина, глубина и длина паза,

рушения хрупких материалов при алмазно-

мм, соответственно;

абразивной обработке

является

возникнове­

б) минутная

подача

(линейная

произво­

ние и распространение на некоторую глубину

дительность)

(мм): при

сверлении

-5" = h/x ;

микро- и макротрещин, которые, пересекаясь

между собой, создают механически ослаблен­

при фрезеровании

S = 1/х ;

износ

ный слой, легко разрушающийся при повтор­

в)

относительный

объемный

ном воздействии абразивных зерен. При вдав­

у

объем изношенной

ливании алмазного зерна вначале образуется

ду =—^100%, где K„ -

кольцевая трещина, переходящая в дальней­

части инструмента, мм^; К^ - объем снятого

шем (вторая стадия), в конусообразную тре­

щину. При действии на поверхность детали

материала, мм^;

критической силы /^ возникает кольцевая

г) относительный расход алмазов

трещина диаметром d:

д = 0,875А: - ^ ,

d = 2,23/-

где к - процентная массовая концентрация

где г - радиус рабочей части зерна; Е - модуль

алмазов в связке; у - плотность обрабатывае­

упругости обрабатываемого материала.

мого материала, г/см^.

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ АЛМАЗНОЕ СВЕРЛЕНИЕ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

339

Материал

Производительность

Коэффициент

Износ инструмента

обрабатываемости

V, MMVMHH

S, мм/мин

gv.%

д, карат/м

Стекло:

К8

2106

97

1

0,097

0,139

техническое

2688

129

1,34

0,018

0,025

ЛФ5

2580

123

1,27

0,123

0,176

кварцевое

2189

98

1,01

0,071

0,102

ТФЗ

1994

91

0,94

0,105

0,150

Ситалл:

СТЛ-6

2020

96

0,99

0,057

0,082

СТЛ-7

1796

90

0,93

0,058

0,083

СТБ-1

1685

77

0,80

0,130

0,186

ЛЗ-40

1436

66

0,68

0,064

0,092

СТЛ-10

542

25

0,26

0,145

0,207

Керамика

ЦМ332

556

25,5

0,26

0,170

0,243

Технический фарфор

2220

103

1,07

0,029

0,041

Рубин синтетический

342

15,6

0,16

0,495

0,708

кой (А = 0) повышается в 8-10

раз, а

износ

высотой

его Н: D/H =0,S5 ... 1,7.

Отношение

инструмента снижается в 3-4 раза.

^р/^а — 0>8 ... 0,9. Оптимальное

ста­

Рекомендуемая частота

вращения

сверл

тическое давление при обработке техниче­

диаметром

Z) = 4 ... 10

мм

должна быть не

ского стекла /?ст = 4 ... 5 МПа

и

5 ... 55 МПа

менее 3000 мин"^ а для D = 12 ... 16 мм - не

для кварцевого стекла и ситаллов. Износ ин­

менее 2000 мин"^

струмента минимален при амплитуде У4 = 6 ...

Обрабатываемость материалов при ульт­

8 мкм и в 6 раз меньше, чем при обычной

развуковом

алмазном

сверлении

(Z) = 6

мм;

алмазной

обработке

(А = 0).

Шероховатость

АСК 125/100 150% связка М5-10) приведена в

поверхности зависит главным образом от зер­

табл. 2.7.7.

нистости

алмазов

и минутной

подачи S

Фрезерование пазов и канавок. Для

(табл. 2.7.8).

обычной алмазной обработки канавок необ­

ходимо применять высокие частоты вращения

(п> 10"* мин'О.

Использование

ультразвука

позволяет

вести

высокопроизводительную

обработку при частотах вращения в 10-15 раз

меньших, чем при обычной алмазной обра­

ботке. Эффективность

процесса

ультразвуко­

вого

алмазного

фрезерования

существенно

зависит от характеристик и конструкции ин­

струмента. Наиболее просты и надежны инст­

рументы с одной торцовой и несколькими

винтовыми

канавками

на

цилиндрической

части

(рис. 2.7.13). Соотношение

между

на­

Рис. 2.7.13. Алмазный инструмент

ружным диаметром алмазоносного

слоя

D и

для фрезерования канавок