Металлообработчики знают, как трудно поддаются об
работке обычными методами многие современные мате риалы, в особенности
вязкие и жаропрочные сплавы, сплавы на никелевой основе, обладающие
повышенной прочностью, и т. д. А что если в систему
<станок-инструмент-деталь> ввести еще одно звено - излучатель
ультразвука? Исследователи установили, что в этом случае процесс
обработки значительно облегчается.
Ультразвук стали применять для снижения сил реза ния при токарной,
фрезерной, строгальной обработке, сверлении, зенковании, нарезании
резьбы и шлифовании Снижение сил с помощью ультразвука позволило
значительно повысить производительность, получить более высокий класс
чистоты обработки, увеличить срок службы режущих инструментов.
Наложение ультразвуковых колебаний на режущий инструмент при обработке
хрупких и особенно вязких материалов существенно влияет на процесс
резания. При этом силы резания значительно уменьшаются, а шероховатость
обработанной поверхности снижается. Эффективность воздействия
ультразвуковых колебаний в процессах резания зависит от величины
амплитуды и частот) колебаний, их направления, физико-механических и
тепчлофизических свойств обрабатываемого материала и материала
инструмента.
Влияние ультразвуковых колебаний на процессы сверления, зенкования и
развертывания еще недостаточно изучено. Однако при вибрационном
сверлении меди, алюминиевых сплавов и нержавеющей стали производитель,
ность повышается. Кроме того, легче дробится стружка и меньше налипание
на рабочих поверхностях инструмента. Более эффективное воздействие на
процессы сверления, зенкования и развертывания оказывают крутильные
колебания, совпадающие с направлением главного движения.
Большие трудности возникают при нарезании резьбы в вязких материалах.
Метчик заедает, защемляется, а часто и вовсе ломается. Приходится и
инструмент и де^ таль выбрасывать. Для устранения этих недостатков
чстчику одновременно с обычным движением (вращательное вокруг оси и
поступательное вдоль оси) сообщили дополнительное высокочастотное
колебательное движение с ультразвуковой частотой в осевом направлении.
Оно намного снизило крутящий момент и силу трения на жовых гранях
режущей части инструмента. Теперь он овеем не защемляется, и значительно
снижается усилие резания. Такие метчики применяются в специальных
ультразвуковых резьбонарезных станках УЗР-2А125, УЗР4-2А125, УЗР-2118,
УЭР-2А53, УЗР-2А56 и др. для нарезания внутренних резьб на деталях из
труднообрабатываемых вязких материалов.
В последние годы созданы новые ультразвуковые резьбонарезные станки
СРС-2, СРС-3 и СРС-901. Они инструктивно во многом сходны,
унифицированы. Станки снабжены ультразвуковыми преобразователями из
пьезокерамики ЦТС-19, которые не требуют водяного охлаждения, компактны
и имеют малую массу.
Ленинградские специалисты нашли еще одно удачное решение. Они
разработали достаточно простую конструкцию ультразвуковой головки М2-М5,
предназначенную для нанесения мелкоразмерной резьбы с высокой точностью
на деталях из мягких сплавов. Головка состоит из колодки, щетки,
коллектора и колебательной системы. Она навешивается на шпиндель
обычного резьбонарезного или сверлильного станка и работает со
стандартными метчиками.
Применение ультразвука при обработке твердых материалов продолжает
расширяться. Его можно использовать в кузнечно-штамповочном, прокатном,
волочильном и других производствах. Правда, здесь предстоит еще большая
экспериментальная работа, но первые результаты ее обнадеживающие. Так,
например, установлено, что при изготовлении проволоки ультразвуковые
колебания снижают усилие волочения на 60 процентов.
Изделия из материалов с особыми физико-химическими свойствами получают
прокаткой в вакууме при высокой температуре. Но из-за повышенного
коэффициента трения на валки быстро налипает металл, что порой делает
процесс невозможным. В Белорусском политехническом институте под
руководством академика БССР ; П. Северденко разработан прокатный стан,
валки которого колеблются с ультразвуковой частотой в направлении,
параллельном осям их вращения. Благодаря этому усилия деформации
снижаются в 1,5-2 раза, а вы тяжка, то есть степень деформации,
увеличивается на 20-50 процентов. Кроме того, резко уменьшается
контактное трение.
При наложении ультразвуковых колебаний металл становится более
податливым без дополнительного повышения температуры, повышается его
эластичность, снижается усилие прокатки. Применение ультразвуковые
колебаний в стане позволило прокатывать хрупкие мате риалы, чего нельзя
было делать в обычных условиях. На ультразвуковом стане можно прокатать
более тонкую по лосу, чем на обычном стане с таким же диаметром валков.
Осевые перемещения валков заглаживают неровно сти на поверхности
прокатываемого металла, в результате чего чистота обработки повышается
на 1,5-2 класса
Казалось, что уже исчерпаны все возможности интенсификации процесса
волочения труб из полых стальным заготовок. Малейшее увеличение скорости
протяжки и сталь неизменно рвется. Инженеры Первоуральского новотрубного
завода решили эту проблему. Они сообщи ли металлу через фильеру
ультразвуковые колебания, что повысило его пластичность. Из заготовки
диаметром 25 миллиметров стали получать 40-миллиметровую трубу за один
цикл вместо 3-4 протяжек обычным способом/ Применение ультразвука
повысило производительность на 25 процентов.
Появились и другие области применения ультразвука Есть такой метод
упрочения стальных деталей и инструментов - поверхностная пластическая
деформация. Сущность его в том, что рабочую поверхность детали
обрабатывают наклепом, накатом или еще каким-либо способом.
Машиностроители заставили ультразвук выполнять эту работу. В специальном
станке стальной или твердосплавной шарик с ультразвуковой частотой бьет
по обрабатываемой детали и одновременно с этим прижимается к поверхности
под постоянным давлением, то есть производит тот же наклеп, только
гораздо быстрее. А если вместо шарика установить плоскую пластину?
Получим новое явление - мгновенное полирование. Это установили ученые и
инженеры Акустического института Академии наук СССР и Всесоюзного
научно-исследовательского института электросварочного оборудования.
Ультразвук полирует мгновенно. Зеркальная чистота поверхности
достигается за 0,1-0,2 секунды, и, что удивительно, обрабатывающий
инструмент и заготовка плотно прижаты и не перемещаются друг
относительно друга. В то время как обычная полировка проводится на
быстроходных полировальных станках с эластичными кругами из кожи, фетра,
войлока, сукна и т. п. На эти круги наносят разные порошки или
полировальные пасты. Процесс полировки трудоемкий и длительный.
Сравнительно недавно наметилась новая перспективная область
ультразвуковой технологии - шлифование и доводка режущего инструмента.
Этим способом можно обрабатывать детали больших размеров с повышенной
чистотой обработки.
Государственным научно-исследовательским институтом кварцевого стекла
совместно со специальным проектно-конструкторским и технологическим бюро
электрообработки разработан ультразвуковой станок ЛЭ-402,
предназначенный для среднего и тонкого шлифования жаропрочных сплавов.
На заводе <Ростсельмаш> разработана, изготовлена и внедрена
ультразвуковая установка для доводки режущего инструмента. Работа
установки основана на том, что инструмент перемещается относительно
концентратора при горизонтальном расположении магнитострикционной
головки. При доводке исключены завалы режущих кромок. Чистота доведенной
поверхности инструмента соответствует 8-10-му классу. Значительно
повысилась стойкость режущего инструмента, работающего на повышенных
оборотах.
Разрушение деталей машин и приборов обычно начинается с поверхностного
слоя. Высокие эксплуатационные свойства деталей, их надежность и
долговечность в значительной степени определяются качеством
поверхностного слоя. В промышленности нашли широкое применение
упрочняюще-чистовые методы обработки деталей поверхностным пластическим
деформированием. Один из таких методов -алмазное выглаживание, которое
оказалось перспективным при повышении стойкости режущего инструмента.
Абразивно-алмазные круги шлифовальных и заточных станков из-за
засаливания рабочих поверхностей постепенно выходят из строя. Для борьбы
с этим явлением советские конструкторы предложили оригинальную
ультразвуковую установку ЛЭ-403.
"Звук, ультразвук, инфразвук" автор: И.Г. Хорбченко, Издательство
"Знание" Москва 1986 год.
