Ультразвуковая обработка — технология образования новых поверхностей на детали, выполненной из твердых и хрупких материалов. Ее принцип заключается в копировании формы инструмента. Данная методика дает возможность получать изделия со сложным профилем. С ее помощью улучшаются процессы механообработки резанием, а также выполнятся дефектоскопия, очистка, пайка и прочие технологические операции, в которых используются ультразвуковые колебания.
Ультразвуковое колебание — механическое колебание, имеющее частоту 16418 кГц — 2000 МГц. Основным его источником является магнитострикционный или пьезоэлектрический излучатель, преобразующий высокочастотное электричество в механические колебания.
Принципы действия основных излучателей
Суть магнитострикции состоит в том, что ферромагнитный стержень, помещенный в переменное магнитное поле, способен видоизменяться. Изменение геометрии стержня обуславливается воздействием акустических волн. Наибольшей амплитуды колебаний можно добиться в том случае, если частота магнитного поля совпадет с частотой колебаний элемента, помещенного в данное поле (при этом образуется акустический резонанс).
Амплитуда колебаний стержня напрямую зависит от его характеристик типа физических свойств. Эти показатели незначительны, но их достаточно для производства высокотехнологичных ультразвуковых установок.
Следует отметить, что лучшим металлом-ферромагнетиком является никель.
В основе работы пьезоэлектрического излучателя лежит обратный пьезоэффект. Это означает, что при воздействии электрическим полем на кристалл, он деформируется. Таким образом генерируется большой спектр ультразвуковых частот. Подобные устройства создают акустические колебания с частотой, достигающей 100 МГц.
Главный элемент пьезоизлучателя — твердая пластина, выполненная из кварца, турмалина, титаната бария и прочих материалов.
Операции, выполняемые ультразвуковой механообработкой резанием
Ультразвуковая механообработка резанием (УЗМОР) подразумевает снятие припуска с заготовки, сопровождающееся образованием стружки. Другими словами, получить новые поверхности невозможно не разрушив поверхностный слой заготовки.
- обрабатывать цилиндрические, конические, плоские поверхности изделия (токарные, фрезеровальные, строгальные работы и т.д.);
- обрабатывать отверстия (сверлильные работы, включая рассверливание, зенкерование и развертывание и прочее);
- нарезать резьбу и зубья шестерен.
Наложение ультразвукового контроля (УЗК) на инструмент создает лучшие условия для механообработки, а именно становится возможным:
- использовать резцы, характеризующиеся наличием большого переднего угла;
- изменять силу резания;
- определять толщину образуемой стружки;
- повышать точность резания;
- снижать средние показатели температуры резания;
- исключать нарост металла на обработанной поверхности.
Положительное влияние УЗК выражается в следующем:
- в уменьшении пластической деформации участка, подвергаемого мехобработке;
- в предупреждении формирования заусенцев;
- в обеспечении равномерного стружкообразования;
- в улучшении стабильности микрогеометрии заготовки;
- в повышени антикоррозионных свойств изделия и его стойкости к износу.
УЗМОР выполняется на металлорежущих станках. При этом выполняя токарные работы, необходимо следить за тем, чтобы режущая кромка резца была перпендикулярна поверхности обработки. Следует отметить, что в процессе фрезерования и рассверливания применяются крутильные установки УЗК, а в процессе протягивания, чернового сверления и резьбонарезания — продольные.
Использование установок УЗК при резьбонарезании помогает:
- уменьшить момент резания в восемь раз;
- легче отводить стружку;
- исключить налипание стружки;
- минимизировать сопротивление трению, которое возникает в канавках инструмента;
- повысить стойкость инструмента;
- повысить точность совпадения профиля инструмента и профиля выполненной резьбы.
Упрочнение металла путем стабилизации осуществляется при использовании колебаний, чья частота не превышает 50 Гц.
Упрочнение металла посредством кавитации выполняется за счет применения гидравлических микроударов, которые образуются из-за проявлений УЗК, вызванных жидкой средой. После того как проходит волна растяжения, в жидкости образуются разрывы, вызывающие микрополости, которые приводят к образованию ударных волн. Роль жидкой среды выполняют органические растворители. Химическое и механическое воздействие на деталь способствует эффективной ее очистке от грязи и окалины, конечно, если мощности установки производящей ультразвуковые волны будет достаточно.
Кавитация, как и ударно-волновые явления, активно применяется для реализации мойки и очистки деталей от накипи, окалины, следов коррозии.
Перейти к списку статей >>
