Влияние УЗ колебаний на процесс обработки

При проектировании процессов УЗ обработки следует учитывать следующие особенности:

1. При УЗ размерной обработке происходит главное и побочное резание. Главное резание осуществляется абразивными зернами, получающими энергию от рабочего торца инструмента. Побочное резание осуществляется зернами, находящимися между боковыми поверхностями заготовки и инструмента.

2. На процесс обработки влияет кавитация. Она способствует более равномерному распределению зерен абразива под инструментом, увеличивая скорость обработки. Кавитация и акустические течения, возникающие под инструментом в суспензии, способствуют перемешиванию абразива в рабочем промежутке, выносу абразива и выколотых частиц материала, подаче свежего абразива в зону обработки.

3. При УЗ обработке происходит не только хрупкое разрушение материала заготовки, но и вязкое разрушение инструмента, изготовленного чаще всего из вязких материалов, например, из низкоуглеродистой стали. При ударах вершины зерен пластически деформируют поверхность инструмента.

4. При использовании УЗ колебаний с целью интенсификации процессов резания они оказывают сложное воздействие. При резании работа затрачивается в основном на пластическое деформирование срезаемого слоя и на внешнее трение. УЗ колебания оказывают влияние на обе эти составляющие:

¾ знакопеременные напряжения ускоряют процесс движения дислокаций и их образование, обеспечивая возникновение пластического деформирования при более низких напряжениях;

¾ циклические перемещения контактных поверхностей вызывают периодический поворот векторов силы трения, значительно облегчая процесс стружкообразования.

5. УЗ колебания накладывают знакопеременные нагрузки на статические, что позволяет начать более раннее появление пластической деформации и уменьшить коэффициент трения между обрабатываемой поверхностью и инструментом. За миллисекунды происходит снятие напряжений, разблокировка дислокаций, увеличение их подвижности.

6. УЗ упрочнение позволяет изменить характеристики поверхностного слоя – контактную жесткость, коэффициент трения скольжения, износостойкость, создает большие остаточные сжимающие напряжения и повышенную микротвердость.

Факторы, влияющие на технологические показатели ультразвуковой обработки.

1. Материал заготовки.

Все материалы по характеру деформации и разрушения при ультразвуковой обработке делятся на группы по критерию хрупкости:

,

τ_сдв - сопротивление сдвигу,

σ_отр – сопротивление на отрыв.

I группа (t_x ≥ 2): стекло, кварц, керамика, германий, кремний.

При ультразвуковой обработке они

 

Качество поверхности

Шероховатость поверхности при ультразвуковой размерной обработке зависит от:

1). Зернистости абразива (среднего размера абразивных зерен); чем больше зернистость, тем больше шероховатость);

2). Свойств обрабатываемого материала; при обработке материалов с крупнозернистой структурой скалываются крупные частицы, и получить высокое качество поверхности не удается;

3). Амплитуда колебаний инструмента; чем больше амплитуда колебаний, тем больше шероховатость. Это объясняется увеличением силы, действующей на зерно. Например, при обработке стекла увеличение амплитуды с 18 до 30 мкм приводит к увеличению шероховатости с Rz=20мкм до Rz=32мкм;

4). Вида жидкости: если вместо воды применить машинное масло, то шероховатость уменьшится, но при этом в несколько раз снижается производительность и ухудшаются условия подвода и циркуляции абразива;

5). Шероховатость инструмента. Происходит копирование профиля инструмента, а из-за кавитационной эрозии возникают местные дефекты поверхности инструмента – впадины и выступы. На чистовых операциях Rz_{гот.детали}=(2-3)Rz_{инструм}. Высота микронеровностей на боковых поверхностях больше, чем на торце. Уменьшить шероховатость можно, улучшив циркуляцию абразива и создавая условия, в которых кавитационная эрозия не успевает развиться.

6). Условия обработки: если затруднен подвод суспензии к зоне обработки, то инструмент может сильно нагреться, что приведет к появлению термических трещин в материале.

В целом при ультразвуковой обработке шлифпорошками №3 при А=15-20мкм Ra=1,2-0,4мкм.