Обработка материалов с помощью ультразвуковых колебаний

Этот метод обработки хрупких материалов и твердых металлов основан на ударном воздействии абразивных частиц под действием, ультразвуковых колебаний магнитострикционного вибратора, схема установки которого изображена на фиг. 438, а.

Сердечник вибратора 4 представляет собой сплошной или полый стер­жень, на котором имеется обмотка 8, находящаяся под переменным током требуемой частоты. Под действием постоянных магнитов 5, питающихся от селенового выпрямителя 3, образуется магнитное поле, в котором сердеч­ник 4 из никелевых отожженных листов уменьшается по длине, а при снятии поля восстанавливает первоначальный размер. Это свойство некоторых металлов (железа, кобальта, никеля и их сплавов), называемое магнито -стрикцией, использовано для получения ультразвуковых колебаний частотой от 16 до 25 кГц.

Таким образом, электрическая энергия от сети через генератор 1, уси­литель 2, выпрямитель 3, вибратор 4, конусный трансформатор 6 преобра­зуется в механическую энергию колебания инструмента 7 с амплитудой от 9 до 100 мк. Под инструмент 7 по особому шлангу 9^подается жидкость, в кото­рой находятся частицы абразива во взвешенном состоянии.

Под действием ультразвуковых колебаний происходит ускорение частиц жидкости и абразива, достигающее величины сотен тысяч и даже миллионов g (g — 9,8! м/сек). В результате частицы абразива с большой силой уда­ряют в обрабатываемый материал 10 и выталкивают из него очень малые пылинки.

Так как частиц абразива много, а частота ударов соответствует частоте колебаний ультразвука (.обычно 20—25 кгц), то, несмотря на очень малень­кие размеры выкалываемых частиц, процесс идет довольно интенсивно. Например, в стекле квадратное отверстие размером 6x6 мм и глубиной 6 мм может быть сделано приблизительно за 1 мин.

При помощи ультразвуковых установок можно обрабатывать твер­дые сплавы, драгоценные камни, стекло, закаленные стали, т. е. материалы, обладающие большой ударной хрупкостью. Пластичные материалы шаржи­руются быстролетящими абразивными частицами, и поэтому обработка их данным способом не применяется. Этот метод обработки наиболее эффек­тивно применяется для получения необходимой геометрии режущего инстру­мента из твердых сплавов и керамики, для обработки отверстий в руби­нах, сапфирах, агатах, являющихся подшипниками часовых и других меха­низмов, для изготовления алмазных фильер (особенно фасонных), пуансо­нов, матриц, очень точных мелких изоляторов и т. п.

На фиг. 438, б показаны инструменты различной формы и соответствую­щие им отверстия после обработки.

Как большое преимущество этого метода можно отметить неизменяемость структуры обрабатываемого материала, так как он не подвергается ни меха-­ ническим , усилиям, ни температурным деформациям.

В настоящее время ряд иностранных фирм в США, Англии и Франции выпустил станки для ультразвуковой обработки.

Внешний вид станка для обработки хрупких материалов с помощью ультразвуковых колебаний представлен на фиг. 438, в. Основными частями станка являются:

а) эксцентриковый шкаф, в котором помещается специальный генератор высокой частоты (мощностью 1—3 кет);

б) станина, подобная станине вертикально-сверлильного станка;

в) бак с насосом для жидкости с абразивом. Вместо коробки скоростей на станке установлена головка с магнито - стриктором, в котором крепится соответствующий инструмент. Магнито-стриктор можно поднимать и опускать вручную или автоматически.

Станок имеет стол, устанавливаемый под требуемым углом. Машинные тиски перемещаются в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, в результате чего обрабатываемая деталь может быть установлена в любом положении под инструментом.

Подача инструмента зависит от обрабатываемого материала. Ниже при­водятся данные французской фирмы Реальзсьон Юльтрасоник о величине подачи при обработке материалов (в мм/мин):

Точность размеров отверстий, обработанных по ультразвуковому ме­тоду, может равняться от 0,005 до 0,08 мм; чистота обработки до \7\7\7§ по "ГОСТ.