Файл: Учебное пособие для студентовзаочников. Компьютерная версия. 2е изд., перер и доп. Челябинск юурГУ, 2006. 89 с. З. И. Поляков и др., 1986. Издво Челябинского политехнического инсти тута имени Ленинского комсомола.pdf

опт
объясняется усиленным разрушением зёрен. f
0
M
0
M
A
Рис. 4.23. Зависимость производительности М от: а — частоты f; б — амплитуды А.
Влияние размеров и формы обрабатываемой поверхности связано с ухудшением эвакуации продуктов эрозии. На рис. 2.24, б (кривая 1) показано влияние на производительность М глубины прошиваемого отверстия.
Q
0
M h
0
M
2 1
Рис. 4.24. Зависимость производительности обработки от: а — силы подачи; б — глубины прошиваемого отверстия
Можно в несколько раз повысить производительность, применяя прину- дительную подачу суспензии (кривая 2).
Рассмотрим факторы, влияющие на точность обработки. Величина сум- марной погрешности пр настр ст
СУМ
∆
+
∆
+
∆
=
∆
, (4.70) где ∆
ст
— погрешность станка; ∆
настр
— погрешность настройки; ∆
пр
— погреш- ность процесса.
Порядок величин ∆
ст и ∆
настр такой же, как при обработке на обычных ме- таллорежущих станках.
Рассмотрим факторы, определяющие точность процесса. Между стенка- ми инструмента и деталью образуется боковой зазор, величина которого при- мерно равна полутора размерам зерна абразива. а б а б

85
Если бы все зерна абразива имели одинаковые размеры, то можно было бы получить отверстие без погрешностей. Так как в суспензии находятся раз- ные фракции абразива, то отверстие получается неправильной формы.
Отверстие, обработанное на ультразвуковом станке, имеет конусную фор- му с большим диаметром на входе инструмента. Конусность получается из-за износа инструмента и из-за того, что абразив неодинаковое время воздействует на различные сечения детали.
Точность изготовления глухих отверстий ниже, чем сквозных, так как при обработке последних имеется возможность довести отверстие неизношенной частью инструмента. Для этого инструменту придается возвратно- поступательное движение с частотой 15–20 колебаний в минуту при включен- ных колебаниях и непрерывной подаче абразивной суспензии. При обработке глухих отверстий для улучшения их формы приходится применять черновой и чистовой проходы. Каждый проход производится отдельным инструментом.
Величина разброса размеров зерен абразива для одного и того же номера зернистости уменьшается с уменьшением величины зерна. Поэтому примене- ние более мелкого абразива повышает точность обработки.
В табл. 4.2 показана зависимость величины разброса размеров и величины конусообразности при ультразвуковой обработке от зернистости абразива.
Таблица 4.2
Зависимость величины разброса размеров и величины конусообразности при ультразвуковой обработке от зернистости абразива
Зернистость карбида бора 10 5 3
М 14
Рассеивание размеров, мм 0,08 0,04 0,02 0,01
Конусообразность
3
о
1
о
45
’
1
о
15
’
40-50
’
При ультразвуковой обработке поле допуска, равное рассеиванию разме- ров, не зависит от диаметра отверстия. Поэтому при обработке больших диа- метров получается более высокий класс точности. Так, применение абразива
М14 позволяет обработать отверстие диаметром 80 мм по 1-му классу точно- сти, а отверстие диаметром 5 мм по 2-му классу.
На обработанной поверхности имеются микронеровности и изъяны, но- сящие макроскопический характер. Природаих различна. Шероховатость по- верхности при ультразвуковой обработке зависит от размера зерна абразива, свойств обрабатываемого материала и расположения обрабатываемой поверх- ности относительно инструмента и определяется величиной частиц материала, скалываемых с поверхности детали абразивными зернами. Уменьшение разме- ров зерна, увеличение твердости обрабатываемого материала, уменьшение ам- плитуды приводят к уменьшению микронеровностей (шероховатости). В табл. 4.3 (см. с. 85) показана зависимость шероховатости поверхности от зерни- стости абразива и от материала детали при обработке водной суспензией кар- бида бора.
Из этих данных следует, что боковые поверхности имеют более низкую чистоту. Ультразвуковая обработка не вызывает изменений структуры и

86
свойств поверхностного слоя. При обработке на ультразвуковом станке не воз- никают микротрещины и прижоги, имеющие место при шлифовании и обра- ботке электроэрозионными методами.
Таблица 4.3
Зависимость шероховатости поверхности от зернистости абразива и от материала детали при обработке водной суспензией карбида бора
Шероховатость поверхности стекла R
z
, мкм
Шероховатость поверхности твердого сплава R
z
, мкм
Зернистость боковой торцовой боковой торцовой
10 20–40 6,3–10 6,3–20 3,2–6,3 5 6,3–10 3,2–6,3 6,3–10 1,6–3,2 3 3,2–6,3 1,6–3,2 3,2–6,3 0,8–1,6
М14 1,6–3,2 0,4–0,8
Инструмент обычно делается из среднеуглеродистых конструкционных и низколегированных сталей типа сталь 45, сталь 40Х, сталь 65Г. Повышение твёрдости инструмента снижает износ.
Относительный износ инструмента при ультразвуковой обработке различ- ных материалов обратно пропорционален их обрабатываемости. При обработке стекла стальным инструментом износ 1–2%.
4.3.2 Ультразвуковая обработка с абразивонесущим электролитом
На рис. 4.25 показана схема процесса ультразвуковой обработки с абрази- вонесущим электролитом.
Этот метод применяется для обработки токопроводящих материалов и отличается от предыдущего тем, что исполь- зуется суспензия, приготовленная на элек- тролите. Инструмент и деталь включены в цепь постоянного тока с прямой полярно- стью. Метод комбинированный: одновре- менно происходит анодное растворение ма- териала заготовки и ультразвуковая обработ- ка. Рабочее напряжение определяется усло- вием отсутствия искрообразования и состав- ляет 6–8 В. Наиболее часто применяемый электролит — 15%-ный раствор натриевой или калиевой селитры.
В настоящее время это один из самых высокопроизводительных методов обработки твердого сплава. Линейная скорость прошив- ки достигает 2–5 мм/мин. Скорость съема — 1000 мм
3
/мин. Относительный износ инструмента при обработке твёрдого сплава снижается до 10%. Вследст-
(
-
)
(
+
)
U
=
Рис. 4.25. Обработка с абразивонесущим электролитом

87
вие бокового растравливания стенок отверстия в заготовке отсутствует боковой износ инструмента и появляется возможность изготовления отверстий с мини- мальной конусообразностью. Качество обработанной поверхности несколько хуже, чем при ультразвуковой обработке направленным абразивом и в основ- ном определяется плотностью тока. При плотности тока 20 А/см
2
шерохова- тость поверхности твердого сплава R
z
= 3,2…6,3 мкм.
4.3.3 Обработка свободным абразивом
Сущность этого метода заключается в следующем. В ванну с абразивной суспензией помещаются детали и вводятся ультразвуковые колебания высокой интенсивности. При захлопывании кавитационных пузырьков частицы абрази- ва взаимодействуют с деталями. Метод применяется для удаления заусенцев и скругления острых кромок с мелких деталей в часовой и приборостроительной промышленности (вес деталей — не более 5 грамм, величина заусенцев — ме- нее 20 мкм).
4.3.4 Резание с наложением ультразвуковых колебаний
на режущий инструмент
Наложение ультразвуковых колебаний на твердое тело вызывает его ра- зупрочнение. Для получения одной и той же деформации при наложении ульт- развуковых колебаний требуется значительно меньшее усилие. Наложение ультразвуковых колебаний вызывает снижение коэффициента трения в не- сколько раз, поэтому если сообщить режущему инструменту колебания с ульт- развуковой частотой и амплитудой 5–10 мкм, то вследствие облегчения струж- кообразования, уменьшения сил трения стружки о переднюю грань инструмен- та и задней поверхности инструмента о заготовку произойдет уменьшение сил резания, снижение температуры в зоне резания, уменьшение износа инструмен- та. Наложение вынужденных колебаний с ультразвуковой частотой приводит к исчезновению автоколебаний в системе СПИД, в результате чего улучшается качество обработанной поверхности. Этот метод часто применяется при наре- зании внутренней резьбы метчиками в вязких материалах. При этом устраняет- ся заклинивание и поломка метчиков при обратном ходе.
4.3.5 Ультразвуковая очистка
Очищаемые детали помещаются в жидкость, в которую вводятся ультра- звуковые колебания большой интенсивности. Механизм очистки был выявлен при помощи сверхскоростной киносъемки с частотой 200000 кадров/с. Очистка происходит под воздействием кавитации, причем важную роль играют неисче- зающие пузырьки. За счет сил поверхностного натяжения эти пузырьки соби- раются у поверхности детали (рис. 4.26, см. с. 87). Совершая колебания, пу- зырьки отделяют загрязнение от детали, захлопывающиеся пузырьки способст- вуют процессу очистки, нарушая сплошность загрязнения. При помощи ультра- звука хорошо очищаются детали от жировых и масляных загрязнений, от ос- татков полировочных паст.

88
Особенно эффективна ультразвуко- вая очистка для поверхностей деталей подвижных соединений, подвергавшихся абразивной обработке. Такие поверхности обычно шаржируются обломками абра- зивных зерен, снижающими срок службы этих деталей. В качестве моющих жидко- стей используют обычные составы. В ряде случаев удается избежать применения токсичных или пожароопасных жидкостей, таких, как бензин и четыреххлори- стый углерод, заменив их щелочными составами.
4.3.6 Ультразвуковая дефектоскопия
Дефектоскопия относится к области слабых звуков и является одним из методов неразрушающего контроля с целью обнаружения в деталях внутренних пороков: раковин, трещин, нарушений сплошности. Ультразвуковая дефекто- скопия основана на свойстве колебаний отражаться при изменении сопротив- ления. Существуют несколько методов дефектоскопии. Теневой метод заклю- чается в следующем. К поверхности проверяемой детали 1 с двух сторон под- водят излучатель 2 и приемник 3 (рис. 4.27). В качестве излучателя и приемни- ка используются пьезопластинки. Если деталь годная, то в приемник поступают колебания (рис. 4.27, а). Если в детали имеется трещина (рис. 4.27, б), то в при- емнике нет сигнала.
Применяется также импульсный ме- тод (рис. 4.28). Преимуществом его являет- ся то, что излучатель и приемник устанав- ливаются с одной стороны детали. Излуча- тель посылает импульс, который, отражаясь от дна, поступает в приемник. Если в дета- ли имеется трещина, то импульс отразится от этой трещины и поступит в приемник раньше, чем донный импульс. В дефекто- скопе имеется электронно-лучевая трубка, на экране которой (рис. 4.28, б) мы видим посылаемый (зондирующий) и донный им- пульсы.
Если между зондирующим и донным импульсом есть еще один импульс, то это значит, что деталь бракованная. При им- пульсной дефектоскопии возможен и од- нощуповый метод, когда один и тот же щуп поочередно выполняет функции и излуча- теля и приемника. Если трещина располага-
З а г р я з н е н и е
П у з ы р ь к и
О ч и щ а е м а я д е т а л ь
Рис. 4.26. Ультразвуковая очистка
2 2
1 1
3 3
Рис. 4.27. Ультразвуковая
Дефектоскопия (теневой метод):
1 — деталь; 2 — излучатель;
3 — приемник
1 3 2 а б
Рис. 4.28. Ультразвуковая дефектоскопия (импульсный метод):
1 — зондирующий импульс;
2 — донный импульс;
3 — импульс брака

89
ется перпендикулярно поверхности, на которой установлен щуп, применяют призматический щуп (рис. 4.29).
Колебания направляются под углом к поверхности детали и, преломляясь, распространяются параллельно поверхности. Таким методом осуществляется контроль сварных швов. Недостатком импульсного метода является наличие мертвой зоны. Если дефект расположен очень близ- ко к поверхности детали, то импульс, отраженный от него, сольется с зондирующим или с донным им- пульсом. Мертвая зона составляет 3–5 мм. В ультра- звуковых дефектоскопах используются частоты от нескольких сотен килогерц до 4 МГц. Минимальная площадь обнаруживаемого дефекта 1–2 мм
2
. По сравнению с другими методами обнаружения дефек- тов внутри детали (гамма-дефектоскопия и рентген) ультразвуковая дефектоскопия требует меньше времени для проверки, обеспе- чивает большую глубину прозвучивания (для стали 3–6 м), безопасна для об- служивающего персонала.
Литература
1. Абрамов О.В. и др. Ультразвуковая обработка материалов / О.В. Аб- рамов, И.Г. Хорбенко, Ш. Швелга. Под ред. О.В. Абрамова. — М.: Машино- строение; Братислава: Альфа, 1984. — 280 с.
2. Долгих А.М. и др. Основы электрофизических методов обработки де- талей: Учеб. пособие по курсу «Технология и оборуд. электрофиз. и электрохи- ми. методов обраб.» для студентов спец. 1201 / А.М. Долгих, Ю.И. Серов, Р.К.
Шапошник; Сарат. гос. техн. ун-т. — Саратов: СГТУ, 1994. — 61 с.
3. Киселев М.Г. Электроэрозионная обработка материалов. Учеб.-метод. пособие / М.Г. Киселев, Ю.Ф. Ляшук, В.Л. Габец. — Минск: технопринт, 2004.
— 111 с.
4. Коваленко В.С. Лазерная технология: Учеб. для вузов по спец. «Ма- шины и технология высокоэффектив. процессов обраб.». — Киев: Выща школа,
1989. — 278 с.
5. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для втузов. — М.: Выс- шая школа, 1987. — 21 с.
6. Лазерные технологии на машиностроительном заводе. / Н.Г. Терегу- лов, Б.К. Соколов, Г. Варбанов и др. — Уфа, 1993. — 263 с.
7. Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов: Учеб. посо- бие для техн. уч-щ. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983. — 160 с.
8. Электрофизические и электрохимические методы обработки материа- лов: Учеб. пособие для машиностроит. вузов и фак. — В 2-х т. / Б.А. Артамо- нов, Ю.С. Волков, В.И. Дрожалова и др.: Под ред. В.П. Смоленцева. — М.:
Высшая школа, 1983. — 22 с.
Рис. 4.29. Дефектоскопия с призматическим щупом