4.5.2. Порядок проектирования тп
Процедура включает:
1. Оценку материала по критерию хрупкости;
2. Выбор схемы обработки (способ подачи суспензии, вращение заготовки, профиль инструмента, количество обрабатываемых деталей);
3. Определение количества рабочих ходов;
4. Расчет, проектирование, изготовление инструмента;
5. Выбор режимов: А, Рст, f;
6. Выбор состава суспензии;
7. Расчет или подбор ультразвукового преобразователя;
8. Подбор источника питания (для специального оборудования);
9. Подбор серийного оборудования.
4.6. Типовые технологические процессы
В зависимости от технологического назначения процесса рассматривают различные виды УЗО.
I. Размерная обработка:
- прошивание;
- разрезка, в том числе проволокой;
- обточка.
II. Интенсификация механической обработки с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК):
- шлифования;
- точения, сверления, нарезания резьб;
- доводки;
- раскатки.
III. Вспомогательные операции:
- очистка кругов;
- пропитка пакетов роторов электрических машин.
IV. Упрочнение:
- жестким инструментом;
- свободным инструментом.
V. Обработка свободным абразивом:
- снятие заусенцев;
- полирование.
Рассмотрим типовые примеры интенсификации механической обработки с помощью УЗК.
Для ускорения процесса нарезания резьб метчику сообщают колебания с частотой 18-44 КГц и амплитудой А=3-5 мкм. В результате достигается снижение крутящего момента на 25-30%, значительно снижается шероховатость резьбы, ускоряется процесс нарезания, увеличивается стойкость метчиков.
При ультразвуковом упрочнении, выглаживании рекомендуются режимы: Рст=50-100 Н; f=22-44 КГц; А=6-8 мкм. При этом подача инструмента составляет 0,05-0,1 мм/об. Достигнута скорость (производительность) выглаживания 30-50 м/мин. Время процесса упрочнения галтели диаметром 30 мм составляет 20-30 минут.
Выглаживание позволило снизить Rа в 8-10 раз, повысить микротвердость, получить сжимающие остаточные напряжения, увеличить износостойкость контактных поверхностей до 1,5 раз.
4.7. Оборудование для размерной ультразвуковой обработки
По структуре оборудование для УЗО включает (см. рис.4.1):
– механическую часть с колебательной системой;
– источник (генератор);
– систему приготовления и подачи эмульсии;
– средства управления и автоматизации.
Компоновка оборудования, как правило, вертикальная, хотя известны установки с горизонтальной осью инструмента.
Типы выпускаемого оборудования: стационарные и переносные.
По рабочим движениям оборудование делится на две группы: с подачей стола и с перемещением инструмента.
Выпускаются станки малой (0,03-0,2 кВт), средней (0,25-1,6 кВт), большой (до 4 кВт) мощности.
Для станков малой мощности основная область применения – изготовление отверстий диаметром 0,15-10 мм. В них в качестве преобразователей используют пьезокерамику и ферриты. Большинство таких станков применяют для изготовления алмазных фильер.
В станках средней мощности в качестве преобразователей применяют магнитострикторы. Здесь генераторы имеют мощность до 1,6 кВт (генератор, как правило, размещают внутри станка).
Станки большой мощности нашли применение в инструментальном производстве при изготовлении изделий из твердых сплавов, керамики.
Для интенсификации процессов механической обработки создают специальные излучатели, рассчитываемые для конкретных технологических операций.
При выпуске специального оборудования необходимо рассчитать преобразователи, концентраторы и колебательные системы.
В состав колебательных систем входят (рис. 4.1):
– преобразователь;
– концентратор;
– рабочий инструмент.
При создании системы следует обеспечить:
– механическую прочность;
– заданную жесткость;
– обеспечение и стабильность акустических характеристик.
Электрические преобразователи бывают двух видов:
- пьезоэлектрики (пьезокерамики, титанат-цирконат свинца);
- магнитострикторы.
К преобразователям предъявляются следующие требования:
– обеспечивать заданную амплитуду (не менее 5-10 мкм), внутреннее насыщение;
– иметь малые потери на гистерезис, внутреннее трение;
– обладать высокой механической прочностью;
– иметь достаточную коррозийную стойкость;
– обеспечивать невысокий нагрев (при мощности свыше 500 Вт требуется водяное охлаждение).
Преобразователи могут быть стержневыми или кольцевыми.
Концентраторы и инструменты имеют следующую форму:
- стержневые
- конические
- экспоненциальные
- катеноидальные
- ступенчатые
- с внутренними полостями
Концентраторы рассчитывают в зависимости от вида обработки и возможностей изготовления.