40.Ультразвуковая обработка

Ультразвуковыми условно называют большую группу технологических процессов и операций разнообразного назначения, осуществляемых с обязательным присутствием механических упругих колебаний с частотой выше 16-18 кГц. В одних процессах ультразвуковые колебания используются для передачи в зону обработки необходимого количества энергии (размерная ультразвуковая обработка твердых материалов), в других служат средством интенсификации процессов (химических и электрохимических).

Ультразвуковая размерная обработка - это направленное разрушение твердых и хрупких материалов при помощи мельчайших зерен абразивного порошка, вво-димых в виде суспензии в зазор между торцом специального инструмента и за-готовкой и колеблющихся с ультразвуковой частотой. Под ударами зерен абра-зива скалываются мелкие частицы материала с поверхности заготовки. Обраба-тываемая площадь и наибольшая глубина обработки зависят от сечения и свойств магнитострикционного материала, из которого изготовлен двигатель-преобразователь.

Износ инструмента определяет срок его службы и оказывает существенное влияние на точность обработки. Изнашивание в продольном направлении про-исходит из-за разрушения торца инструмента при ударах по абразивным зернам и зависит от физико-механических свойств материала инструмента, а также от зернистости абразива. Поперечный износ является следствием побочного реза-ния, которое совершается между боковой поверхностью инструмента и стенкой обрабатываемого отверстия, и зависит от величины паразитных колебаний ин-струмента в поперечном направлении, геометрии и профиля инструмента.

Ультразвуковой обработке поддаются хрупкие материалы (стекло, твердые сплавы и т. п.). частицы которых скалываются ударами зерен абразива. Вязкие материалы (незакаленная сталь, латунь) плохо обрабатываются ультра-звуковым способом, так как в этом случае не происходит сколов.

Корпус 1 голов-ки охлаждается водой, которая циркулирует по внутренним каналам.

При прохождении по обмотке 2 переменного тока в сердечнике 3 возникают продольные колебания.

Сердечник изготовляется из материала, изменяющего длину при помещении его в переменное электромагнитное поле (явление магнитострикции). Колеба-ния усиливаются в концентраторе 4 и передаются на инструмент 5 для обработ-ки заготовки 6.

Между инструментом и заготовкой находится абразивная суспензия. Ультра-звуковая обработка используется, в основном, для изготовления отверстии раз-нообразного профиля в труднообрабатываемых материалах, а также для грави-ровки и маркировки. Материалом инструмента служат латунь, медь, чугун. Профиль инструмента соответствует профилю обрабатываемого отверстия.

41.Лазерная обработка

Ла́зер — устройство, использующее квантовомеханический эффект вынужденного (стимулированного) излучения для создания когерентного потока света. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей.

Возможность получать с помощью лазеров световые пучки высокой мощности до 1012 –1016 вт/см2 при фокусировки излучения в пятно диаметром до 10-100 мкм делает лазер мощным средством обработки оптически непрозрачных материалов, недоступных для обработки обычными методами

(газовая и дуговая сварка). Это позволяет осуществлять новые технологические операции, например, просверливание очень узких каналов в тугоплавких материалах, различные операции при изготовлении пленочных микросхем, а также увеличения скорости обработки деталей. При пробивании отверстий в алмазных кругах сокращает время обработки одного круга с 2-3 дней до 2 мин. Наиболее широко применяется лазер в микроэлектронике, где предпочтительна сварка соединений, а не пайка. Основные преимущества: отсутствие механического контакта, возможность обработки труднодоступных деталей, возможность создания узких каналов, направленных под углом к обрабатываемой поверхности.

В озбужденные атомы могут отдавать свою энергию соседним атомам, которые, в свою очередь, переходят на более низкий энергетический уровень с мощным излучением волн различных направлений. Волна, идущая вдоль оси кристалла, многократно отражается от его плоскопараллельных торцов и быстро усилива-ется. Через полупрозрачный (нижний) торец стержня выходит мощный импульс красного света, проходящий через диафрагму 2, оптическую систему 3 и защитное стекло 4 на поверхность детали 5.

Одним из важнейших эле-ментов твердотельного лазера является рубиновый (или иной) стержень (кристалл), содержащий небольшое количество атомов хрома, и газоразрядная лампа. Кратковременные вспышки лампы 1 возбуждают часть атомов стержня, приводя их в высшее энергетиче-ское состояние за счет поглощения света.

Энергия излучения ОКГ (оптический квантовый генератор ) промышленного типа невелика - 10-100 Дж, а КПД со-ставляет 0,1 - 1%. Температура в точке приложения луча достигает величины 5500-9000 К, достаточной для расплавления или превращения в пар большин-ства конструкционных материалов. Больших значений температура достигает у материалов с высокой теплопоглощающей способностью, а меньшие значения имеет у материалов, полупрозрачных, с высокой отражательной способностью. Обрабатываемость различных материалов световым лучом определяется, в ос-новном, теплофизическими свойствами материалов (температура плавления и кипения, теплоемкость, теплопроводность).

Светолучевая обработка характеризуется высокой импульсной мощностью из-лучения и возможностью создания чрезвычайно высокой плотности энергии на небольшой площадке (0,01мм 2 ). Длительность излучения ОКГ, в зависимости от режима работы, может колебаться в пределах 0,1 - 1,0 мкс. При работе в им-пульсном режиме продолжительность импульсов составляет 10-500 мкс.

Промышленное использование ОКГ для размерной обработки материалов ог-раничивается образованием отверстий диаметром от 10 до 0,5 мкм и глубиной 71

до 0,5 мм в нержавеющей стали, вольфраме, алмазе и других труднообрабаты-ваемых материалах.