4.4.3. Производительность

Производительность (Q) зависит от:

- амплитуды колебаний зерна (А) (с ростом А производительность увеличивается);

- свойств материалов заготовки, зерна, инструмента. Так, чем выше твердость абразивных зерен, тем больше скорость удаления припуска;

- свойств суспензии: состава, концентрации. Оптимальным является соотношение объемов карбида бора к воде от 1:1 до 1:2;

- статической нагрузки (Рст опт = 20-200Н);

- площади поперечного сечения инструмента;

- глубины обработки. С ростом глубины отверстия производительность (Q) снижается;

- износа инструмента. Если износ достигает 3-4%, то Q снижается на 17-20%, при износе 6% падение Q достигает 30%, если износ 19%, то Q уменьшается вдвое.

Достигнутые при УЗО величины производительности: для стекла -3000-5000 мм³/мин, твердого сплава - 60-100 мм³/мин. Экономически достижимые показатели значительно ниже.

Пути повышения производительности:

– циркуляция суспензии (за счет вращения инструмента и др.);

– применение инструмента с обратной конусностью;

– смещение осей инструмента и заготовки. Так, при эксцентриситете в 25 мм производительность увеличивается в 2 раза;

– согласование колебательной системы до получения резонанса;

– увеличение частоты колебаний (ограничено массой и прочностью колебательной системы);

– применение алмазного порошка взамен абразивного.

На рис. 4.4 показана эффективность различных методов повышения производительности УЗО.

Кроме того, для интенсификации УЗО используют:

– прокачку суспензии под высоким давлением (0,1-0,5 МПа), при этом Р_ст увеличивают до 300-400Н. Таким воздействием можно достичь роста производительности до 5 раз;

– вакуумный отсос (через инструмент или через заготовку), что положительно сказывается на УЗО, особенно при большой глубине отверстия;

– увеличение продольных колебаний за счет использование материалов с высоким сопротивлением усталости (применяют титановые сплавы, легированные стали, материалы с поверхностным упрочнением, делают полирование поверхности и др.);

– работу колебательной системы в резонансном режиме;

– увеличение частоты колебания инструмента;

– снижение вспомогательного времени за счет обработки нескольких деталей за 1 ход инструмента;

– наложение низкочастотных колебаний, связанных с ультразвуковым процессом;

– охлаждение материала детали (что достаточно сложно, т.к. трудно обеспечить требуемую циркуляцию суспензии через зону обработки);

– создание хрупкой окисной пленки (например, за счет электрохимического воздействия).

Рис. 4.4. Производительность УЗО стекла [131]

1 - вращение заготовки с эксцентриситетом 25 мм; 2 – применение инструмента с обработкой конусностью и его вращением; 3 - использование инструмента с обратной конусностью;

4 – для инструмента цилиндрической формы

4.5. Проектирование технологического процесса

4.5.1. Построение технологического процесса (тп)

1. Оценивают области использования (технологические возможности), где принимают, что:

- предпочтительна обработка хрупких токопроводящих и диэлектрических материалов;

- целесообразно применение УЗО в случае интенсификации процессов резания при лезвийной и абразивной обработке труднообрабатываемых материалов;

- эффективна очистка деталей от окалины и других загрязнений при невозможности их промывки обычным методом.

2. Рассчитывают или выбирают в рекомендованном диапазоне технологические режимы:

- назначают частоту колебаний, для которой основной диапазон 18-22 КГц, желательно с поднастройкой на резонансную частоту (вручную или автоматически);

- рассчитывают амплитуду колебаний или назначают в пределах 20-100 мкм;

- выбирают статическую нагрузку от 2 до 40 Па (в зависимости от площади обработки);

- выбирают абразивную суспензию, где рекомендуется использовать преимущественно карбид бора, карбид кремния, электрокорунд;

- рекомендуют жидкость: в основном воду с ингибитором коррозии (концентрация абразива в воде зависит от площади обработки и может составлять до 150% от воды по массе);

- рассчитывают износ инструмента, ориентировочная величина которого по ходу инструмента для твердого сплава составляет 80-85% от объема снятого материала, для стекла – 45-50%. Износ в сечении углубления при глубине обработки на каждые 3 мм составляет: для твердого сплава 0,1-0,3мм, стекла 0,05-0,1мм.

3. Находят достижимые технологические показатели и сравнивают их с требованиями чертежа детали. Для УЗО экономически достижимая погрешность составляет 20-100 мкм; качество поверхности:

а) шероховатость (Rа) 0,2-0,4 мкм (после доводки), 0,4-1,2 мкм (при чистовой обработке), до 32мкм - при разрезке;

б) измененный слой (возможно появление местных дефектов глубиной до 0,1 мм);

- производительность рассчитывают по формуле:

,

где  - коэффициент, зависит от свойств обрабатываемого материала и абразивной жидкости (берут из справочников, монографий [65]). Показатели ,  выбирают по номограммам в диапазоне =0,51; =0,51;

А - амплитуда колебаний, мкм;

Р_ст - сила прижима, Н;

f - частота колебаний инструмента, Гц.