Материал: Нетрадиционные методы обработки в современном машиностроении

2.8. Расчет припуска на обработку

Минимальный припуск на обработку:

z_min  y₁+,

где у₁ – съем металла на участке с минимальным зазором;

- допуск на размер

,

где - время обработки, находится из отношения глубины обработки к скорости подачи электрода-инструмента.

Для электрохимического протягивания

у₁=-(R-r)+ ,

где r- радиус электрода-инструмента;

R – внутренний радиус заготовки.

2.9 Последовательность расчета технологических параметров электрохимического протягивания

Выбирают движения инструмента и заготовки при обработке. Для круглых труб кроме поступательного перемещения электрода-инструмента может быть предусмотрено вращение заготовки.

Расчет режимов обработки выполняют в такой последователь­ности:

1. Находят состав, концентрацию, температуру и удельную прово­димость электролита, потери напряжения. Определяют размер межэлектродного зазора(см. п. 2.7.1)

2. Рассчитывают скорость анодного растворения материала заготовки:

V= ,

3. Для электрохимического протягивания при обработке с вращением заготовки рассчиты­вают ее частоту вращения или выбирают, исходя из возможностей оборудования (см. п. 2.7.1).

4. Рассчитывают электрод инструмент

5. Рассчитывают припуск на обработку

6. Разрабатывают техническую документацию.

3. Технология ультразвуковой обработки

3.1.Общие сведения

3.1.1. Схема ультразвуковой размерной обработки (УЗО)

Размерная обра­ботка предназначена для формообразования углублений в заготовках твердых хрупких материалов абразив­ными зернами, движущимися за счет действия ультразвуко­вого инструмента. К таким материалам относятся: стекло, керамика, ситаллы, кремний, германий, обработ­ка которых другими методами затруднена. На рис.3.1 показана схема УЗО.

Рис 3.1 Схема УЗО

На рис. 3.1 инструмент 3 соединен с концентратором 2, припа­янным к ультразвуковому преобразователю 1. Инструмент перио­дически ударяет по зернам абразивной суспензии 4, заполняющей зазор между инструментом и обрабатываемой заготовкой 5. Зерна выкалывают небольшие частицы материала обрабатываемой заго­товки. Инструмент имеет продольную подачу и прижимается к за­готовке с силой р_ст. Продукты обработки выводятся из-под торца инструмента вместе с суспензией.

3.1.2. Область использования

УЗО применяют для формообразования полостей при изготовлении и ремонте пресс-форм, высадочных матриц, твердосплавных фильер и т. д.

Использование ультразвуковой обработки позволяет снизить трудо­емкость в 5...20 раз по сравнению со слесарной обработкой

3.1.3. Применяемые технологические режимы

Ультразвуковую обработку нуж­но вести с максимальной производи­тельностью при амплитуде колебаний инструмента _m = 40 ... 60 мкм. При черновой обработке целесообразно применять карбид бора зер­нистостью № 10 и № 6, а при чистовых ходах — № 3 и мельче. На практике обычно амп­литуда за счет концентраторов увеличивается в 2...2,5 раза (коэффициент М), а в инстру­ментах— в 2.5...3 раза.

3.1.4. Технологические требования к процессу

Заготовка должна быть жестко закреплена в станке. Под пла­стины хорошо ставить закаленные стальные подкладки. При этом исключается скалывание выходных кромок. На этапе черно­вой обработки инструментом проходят всю толщину заготовки и углубляют­ся в материал подкладки на 1...2 мм.

Обработку штампов надо проводить за 2...3 хода: один черно­вой и один или два чистовых. Необходимо использовать активные способы подвода абразивной суспензии в рабочую зону — вакуум­ный отсос и прокачку под давлением.

3.2. Порядок проектирования технологических процессов при ультразвуковой обработке [1]

При проектировании технологических процессов ультразвуковой размерной обработки необходимо выполнить сле­дующее:

1. Оценить целесообразность обработки материала ультразвуко­вым способом по критерию хрупкости (см. п.3.3).

2. Выбрать схему обработки: способ подачи абразивной суспен­зии, необходимость вращения заготовки или инструмента, профиль инструмента, возможность использования многоместного группового инструмента.

3. Определить количество ходов (один или несколько) в зави­симости от требований к точности обработки.

4. Выбрать режимы ультразвуковой обработки — частоту и амп­литуду колебаний.

5. Рассчитать, спроектировать и изготовить ультразвуковой ин­струмент.

6. Подобрать ультразвуковой преобразователь.

7. Подобрать источник питания.

8. Подобрать ультразвуковое оборудование: станок, навесную акустическую головку.

9. Выбрать абразивную суспензию: материал, твердость и зернистость абразива; жидкость, несущую абразив (необходимо помнить, что твердость обрабатываемой детали должна быть меньше твердости абразива).

10. Подобрать силу подачи инструмента и значение продольной подачи.

11. Рассчитать производительность процесса

3.3. Обоснование целесообразности применения размерной ультразвуковой обработки

Размерную ультразвуковую обработку целесообразно приме­нять для хрупких материалов, имеющих критерий хрупкости t_х>1 (отношение предела прочности на сдвиг к аналогическому показателю на отрыв). Так как материалы первой и второй групп обрабатыва­ются по-разному, то в каждой группе выбран один наиболее харак­терный материал, производительность обработки которого принята за единицу.

У материалов первой группы (t_х2) в качестве этало­на принято стекло, для второй группы (1< t_х<2) —твердый сплав марки ВК8.

Возможности ультразвуковой обработки прошиванием лимитируются мощностями оборудования, что влияет на максимальную площадь обрабатываемых участков заготовок.

Зависимость оптимальной и максимальной площадей обработки, максимальных диаметров обрабатываемых отверстий от мощности станка приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1

3.4. Производительность процесса

Производительность ультразвуковой размерной обработки за­висит в первую очередь от амплитуды колебаний инструмента, фи­зико-механических свойств обрабатываемого материала, состава и свойств абразивной суспензии и способа ее подвода, статической нагрузки (силы подачи), площади поперечного сечения инструмен­та, глубины обработки. Производитель­ность Q_s (мм³/мин) можно рассчитать по эмпирической формуле

Q_s = (_m²P_ст)^аf^b, (3.1)

где — коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого ма­териала и абразивной жидкости, для твердых сплавов =(1…10)·10^-7;

а = 0,5...1 и b = 0,5...1 — показатели степени, зависящие от условий обработки;

_m — амплитуда колеба­ний, мкм;

Р_ст — сила подачи, Н;

f — частота, Гц.

Для ламповых и полупроводниковых генераторов установ­лены следующие рабочие полосы частот в килогерцах: 18±1,35; 22±1,65; 44±4,4; 66±6,6.

Зависимость удельной силы прижима Р_уд от площади обработки S и давления абразивной суспензии приведена на рис. 3.2

Сила прижима:

Р_ст = Р_удS

Оптимальное удельное давление инструмента, соответствующее максимальной скорости обработ­ки при подаче абразивной суспензии поливом, со­ставляет для твердого сплава — 0,02—0,022 МПа.

Рис. 3.2 . Зависимость удельной силы прижима Руд от площади обработки S. Размер абразивного зерна 0,1; 0,2; 0,3 мм

3.5. Рабочие среды, применяемые для узо.

3.5.1. Абразивные материалы

Решающее влияние на производительность ультразвуковой обработки оказывают абразивные зерна суспензии, осуществляющие размерное раз­рушение обрабатываемой заготовки. Производи­тельность растет при использовании зерен абрази­вов из более твердых материалов; при этом твер­дость абразива должна быть выше твердости ос­новного материала.

Характеристики применяемых абразивных ма­териалов приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2 Абразивные материалы для УЗО

Примечание: Значение твердости по Риджвею для твердых сплавов типа ВК8, ВК20 равняется 13.

3.5.2. Суспензии

В качестве жидкости для абразивной суспензии рекомендуется вода, так как применение различ­ных масел, керосина, глицерина снижает произво­дительность при прочих равных условиях в 5— 10 раз.

Абразивная суспензия может подаваться в зо­ну обработки поливом, нагнетанием под давлени­ем и с помощью вакуумного отсоса. Преимущест­ва, недостатки и области применения различных способов подачи абразивной суспензии в зону об­работки представлены в табл. 3.3.

Таблица 3.3 Характеристика суспензий для УЗО