Диплом1 / Спец.часть / Покрытия / Холопов(сборник статей)

Нефтекамский машиностроительный завод нефтегазового оборудования запросил технологию по проточке посадочного места трубы из стали 32НФА-3, внутренний диаметр посадочного места которой, - 82+0,2. Типовая технология обработки - ручная с помощью абразивной шкурки. Процесс сопровождается пылью, грязью, разупрочнением поверхностной структуры; время обработки - 15 минут.

Технология безабразивной финишной ультразвуковой обработки дала точную машинную проточку, исключила абразив, ручной труд, пыль, грязь. Структура поверхностного слоя упрочнена, остаточные напряжения ушли в минус, а время обработки составило 1,6 минуты, т.е. производительность труда увеличилась почти в 10 раз.

Основная задача заключалась в том, чтобы для обработки этого изделия подобрать материал твердого сплава для излучателя ультразвука, изменить его форму и провести еще ряд подготовительных работ. И, как сообщает основной инициатор работы - главный инженер М.М.Ломакин, - им пришлось потрудиться. Но надо отдать должное - уже третий месяц на заводе работают в две смены три установки БУФО-0,63-22-10.

Центр ультразвуковых технологий относится к такому творческому подходу на предприятии с большим уважением.

Выводы о целесообразности и перспективе использования технологии БУФО специалисты по металлообработке могут сделать сами.

Обращаем внимание покупателей также на следующее:

Технология и оборудование БУФО получили положительную оценку Международного Корпуса Экспертов (АВLE), защищены Патентами РФ.

О некоторых особенностях безабразивной ультразвуковой финишной обработке металлов - БУФО

Проф., докт. техн. наук Холопов Ю.В.

В связи с некоторым оживлением промышленности существенно увеличился интерес заводов к технологии БУФО. Появилось много вопросов. Попробуем ответить хотя бы на некоторые из них.

После ознакомления с нашими информационными материалами, специалисты делают вывод, что БУФО позволяет заменить шлифовку. Это не совсем так.

Дело в том, что БУФО не режет металл. Значит, если говорить об изменении размеров детали, то при БУФО это происходит только в пределах изменения от Ra исходной до Ra конечной.

Например, если идет обработка незакаленной стали с Ra=6,3 мкм (4 кл.), то после одного прохода излучателем ультразвука мы получаем Ra= 0,1мкм (10 кл.), значит, изменение диаметра детали происходит на уровне 12,4 мкм. При обработке одной стороны плоских деталей при изменении Ra от 6,3 мкм до Ra=0,1 мкм изменение толщины детали составит 6,2мкм.

При обработке закаленных сталей после шлифовки при шероховатости Ra=0,4мкм (8 кл.) мы за один проход излучателем можем получить Ra=0,025 мкм (12 кл.)

Далее, при шлифовке идет разупрочнение поверхности структуры металла. При БУФО - наоборот, идет ее упрочнение. И, фактически, повышается усталостная прочность детали.

Таким образом, БУФО можно и нужно использовать не вместо шлифовки, а после шлифовки деталей в размер, или тогда, когда шлифовка не нужна. Или при необходимости шлифовки большого сортимента деталей по металлам, габаритам и конструктивным формам деталей. В этом случае в производственной структуре фирмы необходимо иметь гамму шлифовальных станков. Это дорого. И не всегда оправдано. В этом случае надо иметь в виду, что комплект БУФО может быть поставлен на любой из этих станков, причем на плоскошлифовальных станках без каких-либо существенных изменений станка или акустической головки.

Технология БУФО исключает использование шлифовки и, более того, выход на 12 класс шероховатости и упрочнение поверхности только в случае, если состояние станка, на котором ведется предыдущая технологическая операция детали, обеспечивает заданный ей класс точности.

Запросы на поставку комплектов БУФО в основном поступают для использования их на токарных станках и обработки наружных и внутренних поверхностей деталей.

Для обработки наружных поверхностей нами разработан и поставляется комплект БУФО-0,63-22-10 (мощность 0,63 кВт, частота 22кГц, модель 10).

Комплект можно поставить на токарные станки практически любых размеров, которые имеют каретки с резцедержателем. Например, на Ижорском заводе в 1992 году нами были проведены работы по обработке плунжеров кузнечно-прессового оборудования диаметром 550 мм и длиной до 6000 мм. В Англии на фирме "К" в 1998 году нами была проведена обработка роторов турбин диаметром 1200 мм и длиной 2500 мм.

Были запросы на обработку деталей и диаметром 1,5-2 мм. Технологию БУФО можно использовать в этом случае, но только при миниатюризации комплекта БУФО.

Комплект БУФО-0,63-22-10 используется для обработки наружных поверхностей различных конструктивных форм деталей. Ультразвуковой излучатель не требует, как правило, какой-либо модификации при изменении длины и диаметра детали. При обработке деталей в виде конусов, экспонент, сфер, торцовых поверхностей и т.п. целесообразно использовать станки с ЧПУ. Комплект БУФО-0,63-22-10 может быть использован и для обработки внутренних поверхностей деталей с диаметром более 400 мм. Он просто крепится в борштанге перпендикулярно образующей детали.

Для обработки внутренних диаметров менее 400 мм разработаны и поставляются следующие типы комплектов:

БУФО 0,63/22 модель 30

Ø от 5 до 10 мм на глубину 50 мм;

БУФО 0,63/22 модель 31

Ø от 10 до 25 мм на глубину 50 - 100 мм;

БУФО 0,63/22 модель 32

Ø от 25 до 50 мм на глубину 100 - 250 мм;

БУФО 0,63/22 модель 33

Ø от 50 до 75 мм на глубину 250 - 500 мм;

БУФО 0,63/22 модель 34

Ø от 75 мм и больше на глубину > 500 мм;

Где Ø – диаметр внутренних отверстий деталей.

В настоящее время идет отработка еще одной модели БУФО 0,63/22-34, диаметр которой от 75 мм до 400 мм на глубину 1500 мм и более.

Эти комплекты отличаются друг от друга изменением конструктивной формы акустических головок. Это вызвано необходимостью решить проблему ввода УЗ в зону обработки металла при определенных соотношениях глубины и диаметра отверстия.

Комплект БУФО может устанавливаться практически на любые типы строгальных станков, от малогабаритных поперечно-строгальных, до крупных продольно-строгальных с длиной стола 6 м. Необходимо отметить, что при этом обработка поверхности детали ультразвуком ведется и при холостом ходе стола.

Можно привести характерный пример использования технологии БУФО при обработке фрагмента поверхности 250 x300 мм на боковой стенке крупного изделия (Англия, фирма К., 1998 год). При этом обработка детали была осложнена тем, что эта поверхность была "утоплена" относительно плоскости изделия на 35 мм. Раньше финишную обработку производили вручную.

Вопрос был поставлен так: можно ли использовать БУФО и в этом случае? На станке с ЧПУ эта проблема обработки фрагмента поверхности с 4 на 10 класс шероховатости была решена в течение получаса.

Комплекты БУФО могут использоваться и на фрезерных станках. При этом можно рассматривать два варианта: акустическая головка закреплена неподвижно, а перемещение детали относительно излучателя ультразвука обеспечивается движением стола; второй вариант предусматривает вращение акустической головки относительно неподвижно закрепленной детали.

Надо отметить перспективу в использовании БУФО в инструментальном производстве.

Так, например, для финишной обработки прессформы диаметром 45 мм с диаметром канавки 3,5 мм, предназначенной для изготовления резиновых манжет, БУФО требуется 3-5 секунд.

Как известно, на эту операцию, которая производится вручную, в различных ведомствах отводят от 25 до 80 минут.

Использование БУФО, в принципе, исключает брак по завалу кромок канавки прессформы. И, кроме того, обеспечивает более высокую износоустойчивость канавки.

При использовании станков с ЧПУ ничто не мешает использовать технологию БУФО при изготовлении любых форм и размеров.

Много вопросов, казалось бы, по простым делам. Можно ли обрабатывать детали диаметром 150, 600, 800 мм и длиной от 100 до 1800 мм?

Мы, в свою очередь, многократно отвечаем, что БУФО позволяет обрабатывать наружную поверхность детали практически любых размеров, для которых есть соответствующее металлорежущее оборудование. Ограничением в этом случае, может быть только специализированное оборудование.

Производительность комплекта БУФО ориентировочно можно оценить следующим образом. Надо знать, что скорость точки вращения детали может быть на уровне 100-120 м/мин., принять подачу на уровне - 0,05? 0,1мм/об., диаметр пятна излучателя УЗ может быть на уровне 0,1- 0,3 мм, число ударов- 22 тыс./сек. Разумеется, надо иметь в виду коэффициент перекрытия точек и число повторных ударов. Практически можно принять, что производительность процесса БУФО при обработке сталей примерно равна чистовой обработке металла резцом, а при обработке алюминия, примерно в 2-3 раза выше.

Специалистов-технологов удивляет то обстоятельство, что после 4-го класса шероховатости исходной поверхности детали за один проход излучателем мы получаем 10-й.

Ничего удивительного тут нет. Мы используем принципиально новую технологию обработки и - получаем новые результаты.

Поступили и такие вопросы:

Можно ли регулировать частоту колебаний и как это может повлиять на качество чистоты обработки?

В разработанном оборудовании частота колебаний может меняться только в пределах согласования частоты генератора с акустической системой.

Как зависит чистота обработки БУФО от чистоты поверхности после токарной обработки?

Шероховатость поверхности обработанной БУФО зависит от шероховатости исходной поверхности. Конкретно, при исходной шероховатости на уровне Ra= 6,3 мкм (4 кл.) при обработке незакаленных сталей различных цветных металлов за один проход излучателем мы получаем Ra= 0,1 мкм (10 кл.) При обработке закаленных сталей и исходной шероховатости Ra на уровне 0,4 мкм, получаем шероховатость на уровне 0,025 мкм (12 кл.).

На какую величину уменьшается размер изделия после одного прохода БУФО?

Диаметр изделия уменьшается на величину изменения Ra.

Можно ли улучшить чистоту обработки изделия при повторном проходе?

При повторном проходе класс шероховатости практически не меняется. Другое дело - при повторном проходе излучателя ультразвука можно рассчитывать на повышение твердости поверхностного слоя.

Какое предварительное давление на обрабатываемую поверхность рабочей головкой рекомендуется?

Усилие поджатия акустической головки к обрабатываемой детали находится в зависимости от свойств обрабатываемого металла, специфики акустического устройства, радиуса излучателя ультразвука. Пределы изменения давления находятся на уровне 3-30 кГ.

Как влияет изменение предварительного давления на чистоту обработки и срок службы самого рабочего инструмента - излучателя ультразвука.

Давление акустической системы на обрабатываемую поверхность предопределяет акустическую энергию в зоне обработки и как следствие пластическую деформацию металла, и естественно в какой-то степени предопределяет срок службы излучателя ультразвука.

Если инструмент изнашивается, то его необходимо своевременно менять.

Когда? Как быстро его можно заменить? Излучатель ультразвука, как и резец, необходимо систематически "заправлять". И, прежде всего, надо производить его дополировку в интервалах смены деталей. Практика показывает, что один наконечник можно использовать 1-10-100 рабочих смен. Это в зависимости от свойств обрабатываемых материалов, соблюдения технологических инструкций, и, собственно, материала излучателя. Время его замены составляет примерно 3-5 минуты.

Сколько установок можно изготовить в месяц?

В месяц мы можем изготовить столько, сколько поступит денег на предоплату 10, 30… Развертывание производства комплектов будет зависеть от объема заказов; программы освоения рынка.

Сколько требуется времени от получения заказа до его сдачи?

Практика последних лет показывает, что типовые комплекты БУФО могут нами сдаваться в течение одной, двух недель и, максимум, месяца.

Можно ли организовать производство комплектов БУФО в других фирмах?

Можно. Но этот вопрос нужно рассматривать в разрезе купли-продажи лицензии.

Какова себестоимость изготовления комплекта БУФО?

Себестоимость зависит от многих факторов. В том числе и от экономического положения страны.