Ультразвуковые методы обработки металлов и неметаллических материалов

Ультразвуковая обработка материалов – разновидность механической обработки – основана на разрушении обрабатываемого материала абразивными зернами под ударами инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой. Источником энергии служат ультразвуковые генераторы тока с частотой 16... 30 кГц. Инструмент получает колебания от ультразвукового преобразователя с сердечником из магнитострикционного материала. Эффектом магнитострикции обладают никель, железоникелевые сплавы (пермендюр), железоалюминиевые сплавы (альфер), ферриты.

В сердечнике из магнитострикционного материала при наличии электромагнитного поля домены разворачиваются в направлении магнитных силовых линий, что вызывает изменение размера поперечного сечения сердечника и его длины. В переменном магнитном поле частота изменения длины сердечника равна частоте колебаний тока. При совпадении частоты колебаний тока с собственной частотой колебаний сердечника наступает резонанс и амплитуда колебаний торца сердечника достигает 2... 10 мкм. Для увеличения амплитуды колебаний на сердечнике закрепляют резонансный волновод переменного поперечного сечения, что увеличивает амплитуду колебаний до 40... 60 мкм.

На волноводе закрепляют рабочий инструмент-пуансон. Под инструментом устанавливают заготовку и в зону обработки поливом или под давлением подают абразивную суспензию, состоящую из воды и абразивного материала. В качестве абразивных материалов используют карбид бора, карбид кремния, электрокорунд. Наибольшую производительность получают при использовании карбидов бора. Инструмент поджимают к заготовке силой 1...60Н.

Заготовку 3 помещают в ванну 1 под инструментом 4 (рисунок 4.12). Инструмент устанавливают на волноводе 5, который закреплен в магнитострикционном сердечнике 7, смонтированном в кожухе 6, сквозь который прокачивают воду для охлаждения сердечника. Для возбуждения колебаний сердечника магнитострикционного преобразователя служат генератор 8 ультразвуковой частоты и источник постоянного тока 9. Абразивную суспензию 2 подают под давлением по патрубку 10 насосом 11, забирающим суспензию из резервуара 12. Прокачивание суспензии насосом исключает оседание абразивного порошка на дно ванны и обеспечивает подачу в зону обработки абразивного материала.

Рисунок 4.12 – Схема ультразвукового станка

Кавитационные явления в жидкости способствуют интенсивному перемещению абразивных зерен под инструментом, замене изношенных зерен новыми, а также разрушению обрабатываемого материала.

Ультразвуковым методом обрабатывают хрупкие твердые материалы: стекло, керамику, ферриты, кремний, кварц, драгоценные минералы, в том числе алмазы, твердые сплавы, титановые сплавы, вольфрам.

Метод используют для профилирования наружных поверхностей, гравирования, изготовления деталей сложной формы. Движениями подачи для указанных видов обработки являются вертикальная подача инструмента при обработке отверстий и полостей, продольная подача заготовки при разрезании ее на части, продольная и поперечная подачи заготовки при разрезании ее по сложному контуру. Для управления движениями заготовки и вертикальной подачей инструмента используют системы программного управления.