Лекція 10. Загальні відомості про ультразвукову розмірну обробку. Технологічні характеристики процесу ультразвукової розмірної обробки

Ультразвукова обробка (УЗО) матеріалів, застосовується для обробки крихких твердих матеріалів (стекло, кераміка, ферити, кварц, кремній, дорогоцінні мінерали, зокрема алмази, тверді сплави, що цементуються і азотовані загартовані стали, титанові сплави, вольфрам і т.д.).

УЗО є різновидом механічної обробки.

УЗО заснована на використанні фізичного явища магнітострикції, тобто здатності феромагнітних матеріалів і сплавів змінювати розміри поперечного перетину і довжину сердечника, в змінному магнітному полі. Ефектом магнітострикції володіють нікель, залізо-кобальтові сплави, залізо-алюмінієві сплави, ферити і інші матеріали. При виникненні електромагнітного поля, розміри поперечного перетину сердечника зменшуються, а оскільки об'єм його залишається незмінним, то довжина сердечника збільшується. При зникненні електромагнітного поля, розміри сердечника відновлюються. Амплітуда коливання сердечника складає 5-10 мкм. Для збільшення амплітуди коливань, до сердечника кріплять довгий тонкий стрижень – концентратор, що дозволяє отримати амплітуду коливань, його торця, до 40-60мкм. До концентратора кріплять робочий інструмент – пуансон.

Заготовку обробляють у ванні, заповненою суспензією, що складається з води і абразивного матеріалу. З абразивних матеріалів, найчастіше, використовують карбіди бору і кремнію.

Коливальні рухи пуансона передаються абразивним зернам, які одержують значне прискорення у напрямі оброблюваної поверхні заготовки. Ударяючись об поверхню оброблюваного матеріалу, абразивні зерна сколюють його мікрочастинки. Велике число одночасне ударяющихся абразивних зерен, а також висока частота повторення ударів (до 30 тис. разів в 1 з) обумовлюють інтенсивне знімання металу.

Явища кавітацій в рідині сприяють інтенсивному переміщенню абразивних зерен під інструментом, заміні зношених зерен - новими, а також руйнуванню оброблюваного матеріалу.

Принципова схема ультразвукової установки представлена на рис. 23.

Рис. 23. Принципова схема установки для ультразвукової обробки

Заготовку 3 поміщають у ванну 1, заповнену абразивною суспензією 2. До заготовки підводять інструмент – пуансон 4, закріплений на концентраторі 5. Концентратор 5 закріплений в магнітострикційному сердечнику 7, встановленому в кожусі 6, через який пропускають воду, для охолоджування сердечника. Коливання d сердечника порушують генератор 8 ультразвукової частоти і джерело постійного струму 9. Абразивну суспензію прокачують через ванну 1 насосом 11, що відкачує суспензію з резервуару 12 і що подає її по патрубку 10 знову у ванну, що виключає осідання абразивного порошку на дні ванни. Між пуансоном і оброблюваною поверхнею заготовки забезпечують постійний зазор 0,05 – 0,08 мм. Іноді, при УЗО, пуансон притискують до оброблюваної заготовки, з невеликим зусиллям (3-60 Н). УЗ методом обробляють (рис. 24):

- наскрізні і глухі отвори будь-якої форми поперечного перетину (а, б);

- фасонні порожнини (в);

- розрізають заготовки на частини (г);

- профілюють зовнішні поверхні, гравірують, прошивають отвори з криволінійними осями.

Рис. 24. Схеми ультразвукової обробки поверхонь заготовок:

а і б – прошивка циліндрового і фасонного отворів; в - обробка внутрішньої порожнини; г - розрізання

Робочими рухами є: швидкість різання V – рух абразивних зерен, у напрямі оброблюваної поверхні і рух подачі Sп і Sпр.

Електрогідравлічна обробка аналогічна ультразвуковою, проте, обробка відбувається за рахунок дії струменя рідини з абразивом.