Контрольная работа: Сущность и технико-экономическая оценка ультразвуковой обработки
Наиболее широкое применение ультразвуковая размерная обработка получила для обработки искусственных и естественных камней, ювелирных и технических алмазов. Широко она применяется при изготовлении деталей из стекла, кварца, флюорита, феррита и других металлокерамических материалов.
Всевозрастающее применение данных материалов в электронной и приборостроительной промышленности, а также различных отраслях машиностроения инициировало быстрое развитие ультразвуковой размерной обработки, создание и внедрение в производство ультразвуковых станков, разработку физических и технологических основ этого процесса.
Схема метода ультразвуковой размерной обработки приведена на рис.1. Инструменту, который является частью акустической колебательной системы, сообщаются ультразвуковые колебания с частотой 18-44 кГц и амплитудой 10-60 мкм. Как правило, используются продольные колебания, но возможно применение поперечных или крутильных. В состав колебательной системы входит ультразвуковой преобразователь и стержневой концентратор с коэффициентом усиления по амплитуде 5-20. Торец инструмента прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки с постоянной силой 20-200 Н при давлении прижима 105 -106 Па.
В рабочую зону, т.е. в пространство между колеблющимся торцом инструмента и заготовкой, подается суспензия, состоящая из взвешенных в воде зерен абразива.
Материал абразива, его концентрация в суспензии непосредственно влияют на показатели ультразвуковой размерной обработки. В процессе обработки абразивные зерна выполняют функцию режущего инструмента, поэтому по твердости они не должны уступать обрабатываемому материалу.
Наиболее широко при ультразвуковой обработке применяют карбид бора; при изготовлении изделий из стекла, германия, кремния используется карбид кремния, электрокорунд.
В качестве жидкости, несущей абразив, как правило, используют воду, которая обладает малой вязкостью, удовлетворительной смачиваемостью и хорошими охлаждающими свойствами. Применение добавок позволяет существенно повысить производительность процесса. Так, добавление в суспензию 15%-ного водного раствора сернокислой меди увеличивает производительность ультразвуковой обработки твердых сплавов в 1,7-2,5 раза.
В основе ультразвуковой размерной обработки (рис. 2) лежат два процесса:
- Ударное внедрение абразивных зерен, приводящее к выкалыванию частиц обрабатываемого материала;
- Циркуляция суспензии в рабочей зоне, за счет которой осуществляется вынос выколотых частиц и доставка свежих абразивных зерен.
В момент удара торца инструмента по наиболее выступающим абразивным зернам их вершины вдалбливаются в поверхностные слои детали, образуя сеть микротрещин, зарождающихся в наиболее слабых и перенапряженных местах. Трещины, пересекаясь между собой, формируют механически ослабленный слой, сравнительно легко разрушающийся при повторном воздействии абразивных зерен. При последующих ударах инструмента по бразивным зернам происходит расширение существующих и образование новых трещин, т.е. создается зона предразрушения. Вода, несущая абразив, расширяет микротрещины и облегчает образование выколов, а также охлаждает инструмент и деталь.
Благодаря соударениям и происходит обработка резанием: абразив «выкалывает» мельчайшие частицы материала заготовки, а инструмент постепенно внедряется вглубь.
Ультразвуковая размерная обработка имеет ряд преимуществ перед обычными процессами резания:
· снижается сила резания, т.к. ультразвуковая обработка осуществляется при небольших нагрузках на заготовку, что позволяет обеспечить высокопроизводительность процесса при обработке твердых хрупких материалов, не поддающихся обработке обычными способами;
· обеспечивается высокая точность изготавливаемой детали, сводится к минимуму вероятность сколов кромок, т.е. появляется возможность копирования сложной формы инструмента и фасонной обработки.
1.2 Финишная обработка поверхностей с применением ультразвука
Современные тенденции развития машино- и приборостроения характеризуются всевозрастающими требованиями к точности и качеству изготовления деталей и изделий и требуют совершенствования технологии финишной обработки.
К настоящему времени накоплен определенный практический опыт применения ультразвука в процессах абразивной обработки труднообрабатываемых материалов, в частности, при их шлифовании, суперфинишировании, хонинговании, а также в процессах абразивной притирки и доводки поверхностей.
При шлифовании закаленной стали установлено, что в условиях ультразвукового воздействия происходит значительное уменьшение высоты микронеровностей обработанной поверхности(с 1 до 0,4 мкм), кроме этого уменьшился размер частиц стружки и снизилось ее количество в целом.
При использовании акустических систем увеличивается удельная производительность, т.е. отношение объема обработанного металла к объему изношенного инструмента, возрастает в 5-6 раз; улучшается качество поверхности, что обеспечивает стабильную величину циклической прочности обработанных деталей; сама стоимость операции шлифования снижается в 3-4 раза.
При изготовлении ответственных деталей машин и приборов предъявляются весьма высокие требования в отношении их точности и качества поверхности: отклонение от круглости, цилиндричности, волнистость, отсутствие дефектного слоя металла и др. Обеспечение этих требований в условиях серийного и массового производства достигается с помощью таких процессов абразивной обработки, как хонингование и суперфиниширование.
Хонингование применяется в основном как окончательная операция обработки высокоточных отверстий в деталях; с его помощью обрабатываются сквозные и глухие цилиндрические отверстия с гладкой или прерывистой поверхностью (шпоночные пазы, кольцевые канавки) и шлицевые отверстия.
Суперфиниширование применяется в качестве финишной операции при обработке наружных поверхностей деталей, работающих в условиях трения, скольжения или качения.
Тепловыделение в зоне обработки при хонинговании и суперфинишировании значительно ниже, чем при обычных механических процессах и составляет 150-200° и 60-100° соответственно. Следовательно, при этих видах абразивной обработки отсутствуют физические причины образования в поверхностном слое микротрещин и прижогов, а также остаточных напряжений растяжения.
Основные положения, отражающие эффективность использования ультразвука при суперфинишировании и хонинговании:
· при воздействии ультразвука устраняется засаливание абразивных и алмазных брусков, чем обеспечивается стабильное поддержание их высокой режущей способности, что позволяет повысить производительность процессов в сравнении с обычной обработкой в 1,5 – 2,5 раз;
· благодаря значительному снижению сил резания при ультразвуковом воздействии стало возможным осуществить высокопроизводительную обработку деталей очень малой жесткости, изготовленных из труднообрабатываемых материалов;
· за счет изменения направлений и интенсивности колебаний в процессе ультразвуковой обработки можно одним бруском управлять параметрами микрогеометрии обработанных поверхностей, обеспечивая шероховатость 0,07-0,02 мкм при использовании брусков средней твердости.
Абразивная притирка широко используется для окончательной обработки сферических, цилиндрических, конических и плоских поверхностей деталей из самых различных материалов. С ее помощью достигается минимальная величина микронеровностей обрабатываемых поверхностей, их наивысшая геометрическая точность и обеспечивается комплекс физико-механических свойств поверхностного слоя, способствующий повышению эксплуатирующих показателей деталей.