Технологічні характеристики процесу УЗРО

Продуктивність УЗРО визначається кількістю матеріалу, що видаляється із заготівки, в одиницю часу і залежить від физико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу, амплітуди і частоти коливань інструменту, тиску його на оброблювану заготівку, характеру абразиву і його концентрації в суспензії, умов обміну абразиву в зоні різання, площі і глибини обробки і інших чинників. Матеріали, що мають критерій крихкості tх (під яким розуміється відношення опору зрушенню до опору на відрив ) більше 2 (стекло, германій, кремній і ін.) найефективніше обробляються УЗ методом. Продуктивність обробки таких матеріалів майже пропорційна квадрату критерію крихкості і досягає на верстатах середньої потужності (50-84) мм3 /с. Значно гірше (у 100 разів і більш) обробляються даним методом тверді сплави і інші матеріали, що мають крихкості менше 2 (1<tx < 2). Величина оптимального питомого статичного навантаження, відповідна максимальній продуктивності, залежить головним чином від площі інструменту, амплітуди коливань, середнього розміру абразивних зерен, властивостей оброблюваного матеріалу і конфігурації інструменту. Для інструментів площею 50-150 мм2, амплітуди коливань 30-50 мкм і абразиву карбіду бору № 5 значення оптимального статичного навантаження знаходиться в межах 0,15-0,2 Мпа.

Зі всіх використовуваних видів абразиву найбільшу продуктивність забезпечує карбід бору (В2С), за винятком алмазу, який застосовується рідко. У З використовується при обробці твердих сплавів, коштовних каменів. Електрокорунд і карбід кремнію придатні для скла, кераміки і інших менш міцних матеріалів. Максимальна продуктивність досягається при 30-40 % ваговій концентрації абразиву в суспензії.

 

Із збільшенням глибини обробки продуктивність знижується за рахунок погіршення умов обміну в робочій зоні абразивної суспензії і евакуації продуктів різання. Поліпшення умов обробки із збільшенням глибини може бути досягнуте - періодичним підйомом інструменту в процесі обробки, застосуванням полого інструменту з товщиною стінки 0,3-0,5 мм, нагнітанням суспензії через отвір в інструменті (або деталі) і вакуумного відсмоктування абразивної суспензії.

 

Так при нагнітанні абразивної суспензії через отвір в інструменті з тиском 0,2-0,3 Мпа продуктивність обробки скла досягає 166 мм /с.

Основний вплив на точність УЗРО надає стабільність робочого зазору між стінками деталі і інструменту. Величина бічного зазору залежить від: зернистості абразиву, глибини обробки, зносу інструменту, наявності поперечних коливань інструменту і інших чинників. Величина зазору, що утворюється, при ФУЗРО приблизно в 1,5 разу більше середнього розміру зерен абразиву основної фракції. Для підвищення точності обробки здійснюють корекцію розмірів інструменту. На чорнових операціях при роботі абразивами зернистістю № 8-12 корекція розмірів інструменту в порівнянні з номінальними розмірами деталі складає 0,2-0,3 мм, а при чистовій обробці абразивами № 3-М40 близько 0,08-0,10 мм. При УЗРО виникають також неточності геометричної форми оброблюваних поверхонь: конусность, овальність, округлення поверхні на вході інструменту в деталь і сколы на виході його з деталі. Округлення виключають подальшим шліфуванням, а сколы - підклеюванням перед обробкою додаткової деталі (наприклад, скляної пластинки). Конусность крізних отворів зменшують подальшим калібруванням контура незношеною частиною інструменту і застосуванням дрібнішого абразиву. При УЗРО досяжна точність розмірів 0,01-0,02 мм, а точність взаємного розташування поверхонь в межах +- 0,005 мм.

Якість поверхні. Шорсткість обробленої поверхні залежить від величини абразивних зерен, властивостей оброблюваного матеріалу, величини амплітуди, шорсткості поверхні інструменту і типу рідини, що несе абразив. Шорсткість поверхні визначається величиною частинок матеріалу, що сколюються з поверхні деталі абразивними зернами. Отже, шорсткість зменшується із зменшенням розмірів зерна і із збільшенням твердості матеріалу. Окрім цього слід зазначити, що шорсткість поверхні дна глухих отворів на 1,5-6 мкм менша, ніж шорсткість на бічних стінках. Використання дрібних абразивних зерен і невеликої амплітуди дозволяють отримати шорсткість для багатьох матеріалів в межах Rz= 2,5-0,32 мкм.

УЭРО не супроводжується такими дефектами термічного походження, як тріщини і прижоги, які виникають при шліфуванні і електроерозійному методі. Встановлено, що при УЗРО твердого сплаву і загартованої сталі відбувається зміцнення поверхневого шару і виникає стискуюча залишкова напруга. Поверхневий шар крихких неметалічних матеріалів містить трещиноватый шар, глибина якого при обробці скла, кварцу, ситалла, приблизно в чотири рази більше висоти мікронерівностей поверхні R _z.

Застосування УЗРО

 

Метод використовується в приладобудуванні для обробки таких матеріалів як: германій, кварц, кераміка, кремній, рубін, сапфір, стекло, титанат барію, фарфор, ферити, турмалін, ситалл і інших матеріалів, з яких виготовляють деталі напівпровідникових і оптичних приладів, кварцові резонатори, фільтри, ізолятори, різні плати, корпуси, випромінювачі, деталі рахунковий-вирішальних машин і пристроїв, що запам'ятовують. Окрім цього метод використовується в інструментальному виробництві для виготовлення прес-форм, вирубних, витяжних штампів, фільєр, волочив і фасонних різців у поєднанні з електроерозійною обробкою. За допомогою УЗРО здійснюються наступні операції: різання заготовок на пластини, вирізування з пластин деталей різної форми і розмірів, виготовлення отворів, щілин, порожнин, шліфування, фрезерування, точіння, нарізування різьблення, гравірування і таврування.

Ультразвукове розрізання проводиться ножевидним інструментом (мал. 4.2 д) або дротяним інструментом (мал. 4.2 з) з товщиною ріжучої частини інструменту 0,08-0,5 мм. При розрізанні заготівки на тонкі пластини доцільно застосовувати інструмент, що представляє набір лез, упаяних в оправу на концентраторі. Мінімальна товщина отримуваних пластин складає 0,1-0,08 мм.

Виготовлення крізних і глухих отворів - найбільш поширена операція УЗРО (мал. 4.2 же). Розміри перетинів отворів, що обробляються ультразвуковим методом, знаходяться в межах 0,1-120 мм. Максимальна глибина отворів досягає зазвичай 30-40 мм. Точність обробки отворів складає 7-10 квалитет (0,005-0,07 мм), а точність їх взаємного розташування досягає +- 0,005 мм.

При ультразвуковому шліфуванні деталь переміщається під інструментом також, як і при звичайному шліфуванні (мал. 4.2 в). Процес здійснюється на універсальних шліфувальних верстатах із застосуванням спеціальних акустичних головок. Як інструмент застосовуються ті, що спеціальні шліфують із сталі 45, з радіальними і кільцевими канавками, сприяючими хорошому обміну абразиву в рабо-чей зоні. УЗ шліфування використовується в основному для обробки скла, кераміки і інших діелектричних матеріалів і забезпечує шорсткість поверхні Rа = 0,16-0,08 мкм.

УЗ обработка- єдиний спосіб нарізування різьблення в твердих діелектриках (мал. 4.2 е). Інструмент разом з ультразвуковою головкою подається в деталь за допомогою гвинта, що має крок нарізуваного різьблення. Різьблення виходить тим точніше, чим менше амплітуда коливань і чим менше абразивні зерна.

 

 

Мал. 4.2. Операції розмірної ультразвукової обробки:

а, б- фрезерування, в- шліфування, г- точіння, д- розрізання, е- нарізування різьблення, ж- прошивка отворів, з- розрізання дротяним інструментом:

1- інструменту-дроту, 2- подаюча і приймальна котушки, 3- електродвигуна, 4- подачі абразивної суспензії, 5- заготівки, 6- акустична головка.

Новим перспективним способом УЗО є обробка абразивно-алмазним інструментом, що обертається або закріпленим, коливається з ультразвуковою частотою в безабразивной середовищі при осьовій або поперечній подачі інструменту щодо виробу. Цей спосіб в порівнянні з обробкою з суспензією абразиву дозволяє підвищити швидкість свердлення круглих отворів в крихких матеріалах в 5-10 разів, а також точність обробки і стійкість інструменту. Обробка ведеться при частоті обертання інструменту 16,6-3,33 с-1 і рекомендується для виготовлення отворів діаметром 0,3-26 мм.

ЛАЗЕРНА ОБРОБКА