ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ

Универсальным методом обработки (как токопроводящих, так и диэлектрических керамических материалов) является ультрозвуковой способ обработки (УЗО). Принцип (УЗО) заключается в том, что в зазор между обрабатываемой поверхностью детали и продольно- вибрирующим инструментом подастся суспензия абразива (рис. 6.3).

Схема ультразвуковой обработки

Рис. 6.3. Схема ультразвуковой обработки

Зерна абразива выполняют роль микрорезца: зерна абразива под действием силы прижима к обрабатюваемой датали или инструменту вызывают растрескивание поверхности керамики в малых объемах. Эффективность обработки зависит от твердости обрабатываемого материала (табл. 6.12). Из табл. 6.12 следует, что скорость обработки уменьшается с увеличением твердости обрабатываемого материала 218

(приблизительно обратно пропорционально твердости). Данные Р. Хааса (ФРГ) о характеристиках ультразвуковой обработки и износе инструмента представлены в табл. 6.13. При этом, абразивная суспензия содержит 50 % по объему порошка карбида бора зернистостью 32.

Таблица 6.12

Относительная скорость ультразвуковой обработки различных материалов

Материал

Микротвердость, ГПа

Относительная скорость обработки, %

Стекло

6

100

Кварц

10-12,5

52

Рубин

18-22

18

Твердый сплав

13

5

Алмаз

100

©.

1

О

Таблица 6.13

Характеристики УЗО некоторых керамических материалов

Материал

Параметры УЗО

I Указатель качества

Производительность обработки, мм’/мин

Износ инструмента,

%

Шероховатость Ra, мкм при амплитуде

15 мкм

25 мкм

Реакционно-связанный нитрид кремния

143

10

8,2

11,0

Самосвязанный карбид кремния

112

14

2,0

5,2

Оксид алюминия

100

18

4,2

8,0

Горячепрессованный нитрид кремния

63

23

1,9

3,5

Диоксид циркония

30

28

3,9

5,0

Примечание. Коэффициент Кс при обработке всех материалов возрастает

С повышением вязкости разрушения керамического материала увеличивается износ инструмента и снижается производительность обработки, а увеличение амплитуды обработки увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Учитывая, что при УЗО зерна абразива играют основную роль, твердость последнего определяет и производительность процесса (табл. 6.14). Замена карбида бора на менее твердый карбид кремния уменьшает скорость обработки в 1,2 раза при обработке стекла и в три раза — при обработке твердого сплава.

Таблица 6.14

Относительная длительность обработки различными абразивными материалами

Абразивный

материал

Микротвердость,

ГПа

Обрабатываемый

материал

Относительное время обработки,

%

Карбид бора

43

Стекло

1,0

Карбид кремния

32

То же

1,2

Карбид бора

43

Твердый сплав ВК-20

40,0

Карбид кремния

32

То же

120,0

Важным моментом при обработке является своевременное удаление шлама из зоны обработки. По информации фирмы «КЛН» (KLN,ФРГ), специализирующейся на производстве станков для ультразвуковой обработки, производительность процесса при этом резко возрастает (табл. 6.15).

Таблица 6.15

Производительность процесса УЗО в зависимости от наличия шлама в зоне обработки

Материал

Производительность процесса, мм3/мин

Износ

инструмента,

%

с удалением шлама

без удаления шлама

Стекло

1200

250

2

Ферриты

800

150

3

Г ерманий

800

180

4

Кварц

400

100

4

Агат

320

60

5

Оксидная керамика

200

40

10

Рубин, сапфир

30

8

15

Твердые сплавы

35

6

70

Карбид бора

5

3

75

Для получения необходимой конфигурации в обрабатываемой керамической детали (рис. 6.4) обрабатывающий инструмент имеет обратный профиль (рис. 6.5). Износ инструмента в значительной

Керамические сопла из диоксида циркония, полученные методом УЗО

Рис. 6.4. Керамические сопла из диоксида циркония, полученные методом УЗО

Инструменты для ультразвуковой обработки керамики

Рис. 6.5. Инструменты для ультразвуковой обработки керамики

степени зависит от соотношения твердости обрабатываемого материала и инструмента (табл. 6.16).

Зависимость износа инструмента от соотношения твердости обрабатываемого материала и инструмента

Материал

инструмента

Обрабатываемый материал

Стекло

Твердый сплав

Продольный

износ,

мм

Г луби- на обработки, мм

Относительный

износ,

%

Продольный

износ,

мм

Глубина обработки, мм

Относительный износ, %

Твердый сплав

0,038

38,3

0,1

3,5

3,18

но

Низкоуглерод- иая сталь

0,45

45,1

1,0

2,8

88

Латунь

0,53

31,8

1,68

4,45

3,18

140

Инструментальная сталь У10 закаленная

0,064

13,9

0,46

0,3

U7

26

При прошивке сквозных отверстий в минералокерамических режущих пластинах ВСЖ-60 и ОНТ-20 (смешанная керамика систем АЬОз + TiC (TiN)) скорость обработки составляла 0,3 мм/мин при использовании порошка карбида бора зернистостью 4, а в случае обработки карбида кремния время обработки увеличилось в четыре раза. В качестве инструмента использовался стержень из низкоуглеродистой стали, износ которого составил 250 %.

В табл. 6.17 приведены технические характеристики универсальных ультразвуковых станков. В настоящее время освоены станки для совмещенной ультразвуковой обработки, которая включает в себя также и электрохимический процесс анодного растворения. Этот метод особенно хорошо зарекомендовал себя при обработке твердых сплавов. Производительность совмещенного метода в 50 раз выше электроэрозионного и в 10 раз выше ультразвукового методов, износ инструмента снижается в 8 - 10 раз. Совмещенный метод обеспечивает при обработке твердых сплавов точность в пределах 0,06 мм и шероховатость поверхности Ra = 0,64 - 1,28 мкм.

Технические характеристики универсальных ультразвуковых станков и станков для совмещенной обработки

Станок

Потреб

треб-

ляемая

мощ

ность,

кВт

Тип

гене

рато

ра

Ча

стота

гене

рато

ра,

кГц

Масса станка, кг

Точность отсчета координат перемещений, мм

Точ

ность

обра

ботки

отвер

стий

(оваль

ность,

мм)

Шероховатость обработанной поверхности /?я, мкм

Стекло

Твер

дый

сплав

Для ультразвуковой обработки:

4А771П

и

УЗГ2-

04

18

850

0,01

0,005

1,25

0,31

4Д772

4,5

УЗГ5-

1,6

22

1850

  • 1,25-
  • 3,50
  • 0,32-
  • 0,80

4Д772К

4,5

22

0,02

2,50

-

Для совмещенной обработки:

4Д772Э

4,5

УЗГ5-

1,6

22

-

0,05

2,50

-

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >