книги из ГПНТБ / Волосатов, В. А. Ультразвуковая обработка

С целью сокращения переналадок инструмента при

ке таким инструментом сквозных отверстий можно полу­ чить высокую точность размеров изделия (до 2-го клас­ са). Разность диаметров черновой и калибрующей ча­ сти такого инструмента может составлять:

D 2 — Di«0,5 -5- l мм.

Конструктивно такой инструмент выполняется со­ ставным; кольцо насаживается на стержень инструмен­ та с максимальным натягом.

Рис. 46. Ультразвуковые инструменты:

а — с уклоном; 6 — комбинированный; в — ножевид - ный.

Для разрезания и раскроя заготовок применяется ин­ струмент ножевидной формы (рис. 46,б). Толщина лез­ вия должна быть минимально возможной, так как это дает экономию дорогостоящего сырья. Однако при этом надо учитывать прочность лезвия. Практически толщину лезвия принимают равной 0,2—0,8 мм.

Высоту рабочей части ультразвукового инструмента необходимо принимать по возможности меньшей, так как это повышает его жесткость и прочность. Однако здесь необходимо считаться с износом инструмента и назначать высоту рабочей части с таким расчетом, что­ бы обеспечить обработку максимально возможного ко­ личества деталей с заданными чертежом размерами.

При назначении исполнительных размеров сечения рабочей части инструмента необходимо учитывать мак­ симальную величину зерна данной фракции абразива и соответственно разбивку боковых стенок деталей. При этом нужно различать случаи обработки наружных и внутренних контуров детали. При обработке наружного

90

контура (рис. 47,а) размер сечения рабочей части ин­ струмента di определяется из условия:

обходимо также принимать во внимание возможность возникновения поперечных колебаний ультразвукового инструмента. Эти колебания приводят к увеличенному зазору между инструментом и боковыми стенками конту­ ра детали и соответственно к увеличению (разбивке) размеров последней. Величина этого дополнительного зазора может доходить до 0,03—0,05 мм. Соответствен­ но размеры рабочего сечения инструмента необходимо корректировать на эту величину (уменьшать или увели­ чивать) .

Следует отметить, что аналитически учесть величину этой разбивки, как правило, не удается. Поэтому прак­ тикуется определение величины разбивки опытным пу­ тем при обработке двух-трех пробных деталей.

А. П. Свиридовым [29] проведены эксперименты по определению величины разбивки размеров миниатюрных

91

П р и м е ч а н и е . В числителе даны значения поправок для предварительной обработки, в знаменателе—для окончательной.

деталей из кварца при обработке их на ультразвуковых станках мощностью до 400 вт. Применялись' полые ин­

пределах 2—3-го класса точности. В результате опреде­ лены величины поправок на размеры инструментов, при­ веденные в табл. 11.

На величину поправки необходимо корректировать размеры рабочего профиля инструментов для черновой и чистовой обработки отверстия или наружного контура детали. Размеры рабочего профиля инструментов для обработки отверстий уменьшаются на величину поправ­ ки; соответственно размеры внутреннего контура полого инструмента для обработки деталей по наружному кон­ туру — увеличиваются на эту величину.

Следует учитывать, что эти поправки получены экспериментальным путем, и значение их отдельных ве­ личин может несколько отличаться от фактических вследствие некоторого несовершенства методики и тех­ ники измерений. Однако имеющийся опыт изготовления точных деталей дает право утверждать, что эти поправ­ ки вполне удовлетворяют требованиям практики.

Наиболее часто можно заметить наличие поперечных колебаний при использовании сложнопрофильных и групповых инструментов, когда не удается совместить их центр тяжести с осью колебательной системы, а так­ же при ослабленном или неравномерном сечении полых инструментов.

12.СТОЙКОСТЬ И МАТЕРИАЛ ИНСТРУМЕНТОВ

Впроцессе ультразвуковой обработки твердых хруп­ ких материалов происходит износ рабочего инструмента, что ограничивает его стойкость. Критерием стойкости ультразвукового инструмента является продольный и по­ перечный износ его рабочей части.

Относительный (продольный) износ ультразвукового инструмента обычно принято оценивать отношением дли­

ны его изношенной части Аи к глубине обработанной в детали полости Ад :

•%-•№%.

93

Важное влияние на точность обработки деталей ока­ зывает поперечный износ инструмента, являющийся следствием истирания боковых его поверхностей абра­ зивными зернами. Этот износ можно оценить конусно­ стью изношенной части инструмента:

А . - А ,

струмента не превысит величину допустимой конусности обрабатываемого контура детали.

А. И. Марков [17] приводит следующие данные по относительному износу ультразвукового инструмента при

подвержены инструменты, изготовленные из вязких мяг­ ких материалов (алюминий, медь и др.); лучше проти­ востоят износу стальные инструменты.

Экспериментальными работами установлено, что от­ носительный износ инструментов, изготовленных из ста­ ли У8, 45 и Х18Н9Т, находится в пределах 2,7—3,3% от глубины обработки. Примерно такой же износ наблю­ дался при работе инструментом, изготовленным из ма­ лоуглеродистой стали 20, 35.

94

Высокой стойкостью обладают инструменты, изготов­ ленные из твердых сплавов (типа ВК). Однако изготов­ ление таких инструментов представляет сложную техно­ логическую задачу и поэтому на практике применяется редко.

Практически целесообразно изготовлять инструмент из стали 45 и стали У8. Эти материалы хорошо обраба­ тываются резанием и имеют удовлетворительную стой­ кость при ультразвуковой обработке. Хорошие резуль­ таты по стойкости дает поверхностное азотирование и термоулучшение инструментов. Закалка стального инст­ румента заметного повышения его стойкости не дает. Кроме того, при закалке может произойти деформация профиля инструмента, что сказывается на точности об­ работки и усложняет процесс его изготовления. Поэтому на практике применяют незакаленные ультразвуковые инструменты.

Для изготовления лезвийных групповых инструмен­ тов для раскроя заготовок выгодно применять калибро­ ванную по толщине ленту из стали 65Г; эта сталь хо­ рошо противостоит износу и упрощает изготовление ин­ струмента.

Для групповых инструментов применяют калиброван­ ную проволоку — серебрянку, а также швейные иглы. Последние запаивают ушком в обойму, а острие предва­ рительно сошлифовывают до нужного размера. Для из­ готовления трубчатого группового инструмента выгодно применять калиброванные никелевые трубки.

Опыт применения для групповых инструментов про­ волоки из вольфрамо-рениевого сплава марки ВР20 по­ казал его большие преимущества. В частности, изготов­ ленные из этого материала групповые инструменты для обработки одновременно 256 отверстий диаметром 0,25 мм в ферритовых пластинах имели стойкость при­ мерно в 5—6 раз выше стойкости аналогичного инстру­ мента, изготовленного из стали У8.

Для изготовления различных сувениров из поделоч­ ных камней с рельефно-художественным изображением применяют инструменты из латуни марки Л62 или ста­ ли марки ст. 3. В зависимости от твердости ма-териала детали, глубины изображения и других факторов стой­ кость таких инструментов различна. В среднем инстру­ ментами из латуни можно получить 4—5, а из стали — 8—10 четких изображений. Стальными инструментами с

95

плоским рисунком, когда по мере износа применяют шлифование (заточку) рабочей части, можно получить до 100—120 четких изображений (см. ниже, стр. 210).

13. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Важное значение при ультразвуковой размерной об­ работке имеет выбор правильной технологии изготов­

рис. 34) ввиду их простоты, укажем на особенности из­ готовления составных ультразвуковых инструментов (рис. 48). Применение таких инструментов выгодно при серийном изготовлении деталей, когда из-за ограничен­ ной стойкости инструментов приходится изготовлять их в большом количестве. Применяя составные инструмен­ ты, можно после износа их рабочей части многократно использовать хвостовик, соединяя его с новой рабочей частью. Это дает заметную экономию металла.

Изготовление хвостовиков таких инструментов осо­ бой специфики не имеет, за исключением требований по соблюдению концентричности резьбы относительно по­ садочного места для фиксации рабочей части.

96

Рабочую часть инструментов для обработки отвер­

(рис. 48, в) выгодно изготовлять из калиброванной по толщине ленты.

Соединение составного инструмента производят пай­ кой твердым или мягким припоем. Большей надежно­ стью и стойкостью обладают инструменты, соединенные твердым припоем. Однако пайка твердым припоем от­

да колебаний инструмента превышает 20—30 мкм. Марки твердых припоев, применяемых для пайки

При пайке составных инструментов необходимо обес­ печить правильную ориентацию рабочей части относи­

части инструмент нагревают до расплавления припоя, а затем отсоединяют изношенную рабочую часть, вместо которой в хвостовик запаивают новую.

Следует остановиться на способах изготовления по­ лых профильных инструментов (рис. 50). Заготовками для таких инструментов обычно служат тонкостенные стальные или никелевые трубки с толщиной стенки 0,2— 0,5 мм. Для определения диаметра заготовки-трубки определяют длину периметра вырезаемого контура де­ тали. Если инструмент предназначается для прошивки отверстия, то определяется с необходимой точностью наружный диаметр заготовки; если же вырезается на­ ружный контур детали — определяют внутренний диа­ метр заготовки.

Формообразование рабочей части таких инструментов для обработки отверстий (с точным наружным конту­ ром) может производиться в матрицах-обоймах холод-

98

ной штамповкой. Заготовка-трубка перед штамповкой заливается расплавленным заполнителем (натуральным воском или свинцом). Благодаря этому материал заго­ товки хорошо заполняет полость обоймы. Работу можно производить на ручном прессе или в тисках. После штамповки заполнитель выплавляют, а инструмент очи­ щают от окалины и остатков заполнителя.

Рис. 50. Полые профильные ультразвуковые инструменты.

Изготовление полых инструментов для вырезания деталей по наружному контуру можно выполнять на оправках соответствующей формы и размеров или про­ тяжкой в специальных штампах [30].

Особую сложность представляет изготовление груп­ повых инструментов. Инструменты, представляющие со­

ное расположение и фиксация трубок при пайке. Шаб­ лон имеет отверстие шестигранного профиля и расточ­ ку D, выполненную по цилиндрической части обоймы сменного инструмента. Размеры Я и S определяются по зависимостям [34]:

// = й ( я + 0,155); 5=0,866 Н,

где d — наружный диаметр трубок;

п— нечетное число трубок, размещаемых в один ряд по размеру Н при условии, что размер Н со­ ответствует диаметру расточки под обойму ин­ струмента.

99