Электрические эрозии

К третьей группе относятся мягкие стали, медь, свинец и др. При ультразвуковой обработке таких материалов почти вся работа абразивных зерен расходуется на микроскопическую деформацию поверхностных слоев. Разрушение материала почти не наблюдается. Поэтому ультразвуковая размерная обработка абразивом, получающим колебательную энергию от инструмента, для третьей группы неприменима.

Как было показано, акустические параметры  — частота и амплитуда колебаний  — определяют скорость главного движения. Производительность ультразвуковой обработки  в известных пределах линейно возрастает с увеличением скорости главного движения.

Таким образом, производительность обработки  может быть повышена увеличением  амплитуды и частоты колебаний.   При   более точном анализе  влияния амплитуды колебаний  инструмента   на производительность следует учитывать отношение двойной ампли туды 2А и среднего размера абразивного зерна d3.  Оптимальное отношение

2А/ d3=0,6-0,8  

Статическая нагрузка (сила подачи, обеспечиваемая акустической головкой) оказывает существенное влияние не только на величину ударных импульсов сообщаемых абразивным зернам, но и на состояние зерна, а также на концентрацию абразивной суспензии под торцом инструмента.

 

 

 

г	V'
	2
/ *<•	N ^—

 

 

 

 

Рис. 62. Зависимость продольной подачи инструмента при ультразвуковой обработке от силы подачи Р и диаметра обработки d при обработке стекла:

 

 

 

Рис. 63.     Зависимость скорости   обработки   от величины      зернистости абразива:

1— обработка специальной керамики; 2 — обработка сплава ВК8

 

 При ультразвуковой обработке наблюдается некоторое оптимальное значение давления инструмента на заготовку, при котором производительность максимальная (рис. 62). При постоянной амплитуде колебаний и давлении инструмента максимальная производительность достигается при некоторой оптимальной зернистости абразива (рис. 63). Оптимальная зернистость при различных амплитудах находится в пределах 90—120 (размеры зерна 180— 150 мкм). С повышением концентрации абразива до определенного значения наблюдается рост производительности вследствие увеличения количества зерен под инструментом и достаточно благоприятных условий циркуляции абразива в рабочей зоне. Оптимальные условия обеспечиваются при концентрации, равной 25—50%, или при весовом отношении абразива к воде от 1 : 1 до 1 :2 (рис. 64). При дальнейшем увеличении концентрации   абразива   суспензия становится очень густой и свежие зерна абразива взамен изношенных поступают в зону обработки недостаточно интенсивно.

Качество поверхности при ультразвуковой обработке зависит от ^зернистости абразива, физико-химических свойств обрабатываемого материала, амплитуды колебаний, шероховатости поверхности инструмента, типа жидкости, несущей абразив. Технологические характеристики, получаемые при этом методе ультразвуковой обработки, показаны в табл. 27.

Абразивонесущим инструментом обрабатывают сквозные и глухие отверстия в деталях из керамики, ситалла, в кристаллах кварца, синтетических  камнях и т. д. глубиной  до  15 диаметров, производят фрезерование глухих канавок. Этот метод отличается высокой производительностью и точностью (табл. 28). Процесс ультразвукового фрезерования алмазным инструментом глухих канавок включает элементы ультразвуковой обработки, алмазного шлифования и фрезерования инструментом типа концевой фрезы. Использование ультразвука при алмазной обработке глухих отверстий повышает производительность в 8—10 раз, а износ инструмента снижается в 3—4 раза. Оптимальное значение амплитуды, обеспечивающее максимальную производительность и срок службы инструмента, составляет 10—12 мкм. При ультразвуковом алмазном фрезеровании пазов изменение амплитуды в пределах 0—15 мкм приводит к росту производительности в 2,5—2,8 раза; наиболее высока она при амплитуде 3—8 мкм.

 

 

 

 Таблица 27

Технологические характеристики ультразвуковой обработки

 

 

Параметры	Обработка с помощью абразивонесущей  суспензии деталей из		Обработка абразивонесущим инструментом деталей из		Ультразвуковая электрохимическая обработка деталей  из
	стекла	твердого сплава	стекла	твердого сплава	стекла	твердого сплава
Диаметр d обрабатываемых отверстий, мм  Глубина отверстий Удельная производительность, мм3/(минкВт), не более . Скорость внедрения инструмента,  мм/мин, не более . Линейный износ инструмента,	0,1—80 (5—10) d     4000     10   2,5—3	40     0,1—0,2	0,8—50 (10—15) d     16000     100   0,1— 0,2	-     -	2—80 (2-5) d     -     -   -	300     0,7—1   5—6

 

Износ инструмента минимален при  амплитуде 5—8 мкм (0,012%), что в 6 раз  меньше, чем при обычном фрезеровании.

Ультразвуковая электрохимическая  обработка абразивонесущим электролитом отличается наибольшей производительностью при относительно небольшом износе инструмента. Обработка осуществляется на основе электрохимического анодного растворения заготовки одновременным удалением продуктов растворения при подаче в рабочий зазор абразивонесущего электролита и воздействии   на его ультразвуковых колебаний инструмента. Этот вид обработки ^пользуется в основном как черновой при изготовлении  деталей твердосплавного материала. Технологические   характеристики года показаны в табл. 27.

 

 

 

Таблица 28

 

 

Эффективность ультразвукового  алмазного фрезерования

 

 

 

Материал обрабатываемой детали	Производительность  мм³/МИН	Подача, мм/мин	Износ инструмента ,%	Шероховатость Rа (на дне паза), мкм
Оптическое стекло К8 Стекло ТФ-3  Ситалл СТЛ-7 Кварцевое стекло Гранит Керамика   Минералокерамика ЦМ-332 Силицированный графит ПГ-50С	5752 7602 6526 6428 5920 4500   2810   457,6	81 113 95 97 81 55   40   5,3	0,049 0,017 0,07 0,025 0,026 0,08   0,46   0,287	2,18 2,32 2,22 1,81 2,26 1,5   1,43   1,22

 

5. СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ  ОБРАБОТКИ УЛЬТРАЗВУКОМ

 

В настоящее время в Советском  Союзе создано большое количество установок и станков для размерной  ультразвуковой обработки. Для ультразвуковой размерной обработки разработана новая гамма копировально-прошивочных станков. В основу   гаммы положены две   универсальные базовые модели имеющие   соответственно   мощность генератора 0,1—0,4    и 1,6—2,5 кВт.  На основе первой модели гаммы H;I стольного исполнения разработан станок  мод. 4А771П   повышенной   точности, рассчитанный на работу с абразивной суспензией и алмазным инструментом.  Он   имеет вращающийся шпиндель и стол, перемещающийся по координатам.   Станок   предназначен для   обработки   отверстий,  щелей и I фасонных   полостей. Станок оснащен устройством для правки, микроскопом для контроля   размеров инструмента и амплитуды его колебаний. На базе второй модели разработаны и серийно выпускаются     станки     мод. 4Д77 с индексом Э оснащены источниками4Д772Э, 4Д772К. Станки

технологического тока,   что  позволяет   вести электрохимическую  ультразвуковую обработку. Техническая  характеристика   станков мод. 4А771П и 4Д772 приведена в табл. 29. Ультразвуковой копировально-прошивочный  станок мод. 4Д772К показан на рис. 65Кроме универсальных станков, разработан ряд ультразвуковые станков специального назначения для сверления алмазных и твердосплавных фильер, отверстий в камнях-самоцветах, резки пол> проводниковых материалов. Для обработки алмазных фильер серийно выпускается станок мод. МЭ-76, техническая характеристика которого приведена ниже.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 65. Ультразвуковой копировально-прошивочный   станок

мод. 4Д772К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническая характеристика ультразвукового станка мод. МЭ-76

 

Диаметр обрабатываемого отверстия, мм                              0,12—1,6

Диаметр стола, мм                                                                      15

Перемещение головки, мм, не более                                    120

Частота вращения шпинделя, об/мин                                  1000

Рабочий ход стола, мм                                                             6

Сила подачи, Н                                                                   0,2—40

Резонансная частота, кГц                                                       22 + 7,5%

Акустическая мощность, кВт                                               0,1

Амплитуда колебаний инструмента, мкм                                20—30

Габаритные размеры станка (длина, ширина, высота) мм   1180x650x1450

Масса, кг                                                                                    250

 

 

На базе станка мод. МЭ-76 разработан   станок   мод. МЭ-3:' для сверления  алмазным инструментом отверстий диаметром 1-2 мм и глубиной до 30 мм в изделиях из камней-самоцветов со скоростью до 25 мм/мин.

При ультразвуковой обработке неметаллических материалов вращающимся алмазным инструментом на металлической связке удается существенно повысить точность обработки, снизить расход алмазов. Рекомендуемая концентрация алмазов в связке /С=100% (4,39 карата алмазов в 1 см3 алмазоносного слоя — около 25 % его объема). Наилучшие режущие свойства показывают инструменты на металлических связках Ml и М5-10 с алмазами марок А, САМ АCK. Шероховатость обработанной поверхности приведена в таблице 30.

Таблица 30

Шероховатость поверхности  при ультразвуковом алмазном фрезеровании канавок

 

Параметр	Шероховатость, мкм
	0,63	1,25	2,5	5,2
Подача   Зернистость инструмента	20   63/50—53/40	-   160/125— 63/50	20—30   250/200— 160/125	-   400/315— 250/200

 

 

 

 

Алмазный инструмент для обработки пазов и глубоких отверстий представляет собой стержень длиной, кратной длине      — полуволны, диаметром 3—15 -мм с каналом для   подачи   СОЖ (рис. 66).   С помощью резьбового хвостовика он закрепляется в ультразвуковой головке. 

 

 

 

рис. 66. Алмазный инструмент для ультразвуковой обработки пазов  и глубоких отверстий

 

 

 

 

 

 

 

рис. 67. Устройство универсальной  ультразвуковой головки:

— корпус подвижный; 2 —  щетка; 3 — обмотка; 4 — корпус неподвижный; 5 — концентратор; 6 — штуцер

 

 

 

 

 

 

Для обработки материалов на существующих фрезерных станках разработана  универсальная ультразвуковая головка  мод. УЗВГ-4 (рис. 67), питаемая от серийного  генератора УЗГ-3-0,4.

Инструмент для ультразвуковой обработки в абразивонесущей суспензии изготовляют из малоуглеродистых нетермообработанных сталей (сталь 20, сталь 35). Если инструмент изготовляют за одно целое с концентратором, то применяют стали с повышенным   содержанием углерода, имеющие малые потери на внутреннее трение (стали 45, 45Х, 65Г и др.). Инструмент для образования отверстий малого диаметра изготовляют из сталей У8А. Точность изготовления инструмента должна быть высокой. Так, если точность операции имеет порядок 0,01—0,02 мм, то инструмент следует делать с точностью 0,005—0,008 мм. Шероховатость поверхности не ниже Ra = 0,634-1,25 мкм. При изготовлении   инструмента   необходим < учитывать его влияние на резонансную частоту и амплитуду колебаний. Так, например, увеличение длины и   массы   инструмента приводит к снижению резонансной частоты, а также к уменьшение амплитуды колебаний. Присоединение малой массы инструмент > (при площади инструмента меньше площади нижнего торца концентратора) приводит к увеличению амплитуды колебаний рабочего торца инструмента. Инструмент следует делать по возможности и полым, чтобы при сквозной прошивке он вырезал лишь часть материала. Желательно, чтобы контур внутренней   полости   такого инструмента повторял очертания внешнего контура. В этом случае износ инструмента будет равномерным по всему сечению. Необходимо иметь в виду, что чрезмерное облегчение инструмента путем увеличения его внутренней полости приводит к уменьшению жесткости и может вызвать неравномерное распределение амплитуды | колебаний по периметру. Чтобы инструмент служил дольше, eго делают с некоторым запасом по длине. При этом резонансная частота колебаний системы бывает несколько ниже номинальной. По мере износа инструмента резонансная частота увеличивается, а амплитуда колебаний сначала возрастает, а затем, пройдя резонансную частоту, начинает уменьшаться. Инструмент используют до тех пор, пока дальнейший его износ не снизит амплитуду колебаний до величины, при которой скорость обработки заметно упал или пока износ инструмента не начнет сказываться на точности обработки. Для ультразвукового станка средней мощности допустимое отклонение рабочей частоты от номинальной резонансной составляет 6%.