4. Технология ультразвуковой обработки

4.1. Область использования

Ультразвуковая обработка (УЗО) нашла использование в машиностроении для размерного формообразования поверхностей, интенсификации процессов металлообработки. промывки, при контроле качества материалов. В работе рассматриваются первые два приложения УЗО. Размерное формообразование касается изготовления отверстий, полостей в материалах, способных скалываться при импульсном высокочастотном воздействии на него абразивных частиц. Размерная обработка выполняется по схеме, приведенной на рис. 4.1.

Для оценки обрабатываемости материалов ультразвуковым методом используют критерий хрупкости t_x, представляющий отношение величин сопротивления сдвигу к сопротивлению на отрыв. В соответствии с такой оценкой все материалы делятся на группы:

- 1 группа, для которой t_x не менее двух. К ней относятся стекло, керамика, ситалл, ферриты, кремний и другие материалы;

- 2 группа, где критерий имеет значения от 1 до 2. Сюда входят твердые сплавы, закаленные, цементированные и азотированные стали, неметаллы;

- 3 группа (t_x1). Это вязкие материалы.

Наилучшую обрабатываемость УЗО имеют материалы 1 группы, ограниченную – второй и не пригодны для реализации рассматриваемого метода материалы 3^й группы.

4.2. Технологические среды

При размерной обработке используют так называемые суспензии, т.е. смесь абразивных зерен в жидкости без образования химических растворов.

Рис. 4.1. Принципиальная схема размерной УЗО

1 – ультразвуковой генератор; 2 – преобразователь

(магнитостриктор); 3 – концентратор; 4 – профильный

инструмент; 5 – заготовка; 6 – абразивные зерна; 7 – насадка для подачи суспензии (вода и абразив); Р_ст – статическая

нагрузка на инструмент

При подборе среды следует учесть определенные требования к абразивным наполнителям, где требуется использовать зерна с твердостью, не ниже твердости обрабатываемого материала. Они должны хорошо смачиваться жидкостью, входящей в суспензию, иметь невысокую плотность материала. Количество абразивных зерен должно быть достаточно для обработки всей поверхности заготовки.

Наиболее полно этим требованиям отвечает карбид бора, хотя он достаточно дорог. Более доступные карбид кремния, электрокорунд рекомендуются для обработки стекла, полупроводников и других деталей 1 группы.

Если сравнивать обрабатываемость материалов абразивным наполнителем, то выяснится, что карбид бора имеет этот показатель 1,0; карбид кремния – 0,8-0,85; электрокорунд – 0,7-0,75.

Размер зерен (d_з) влияет на производительность (чем больше " d_з", тем выше производительность), точность и качество поверхности (улучшаются при снижении " d_з"). В процессе обработки (рис. 4.1) зерна дробятся, их размер снижается, в результате уменьшается высота неровностей и производительность (до 3^х раз и более).

Для обработки материалов 1 и 2 групп рекомендуют использовать для черновой обработки зерна размером 20 мкм, для чистовой – 5-10 мкм.

Концентрацию абразива назначают из условия заполнения одним слоем обрабатываемой поверхности.

К жидкости предъявляют следующие требования: низкая вязкость, хорошая смачиваемость зерен и материала заготовки, высокий тепловынос.

В качестве жидкости преимущественно используют:

• воду с ингибитором коррозии (ИК);

• воду с ИК и химическими добавками (ХД). Например, в качестве ХД применяют 15% раствор сернокислой меди, которая увеличивает производительность обработки твердых сплавов в 1,7-2,5 раза.