Материал: Нетрадиционные методы обработки в современном машиностроении

Продолжение таблицы 3.3

Оптимальная весовая концентрация абразива при подаче поливом составляет 35—45%, а при на­гнетании и вакуумном отсосе 15—20%.

3.6.Точность

Точность ультразвуковой обработки в основном зависит от зернистости применяемого абразива, способа его подвода в зону обработки и степени износа инструмента (табл. 3.4).

Для получения отверстия или полости с задан­ной точностью необходимо выбрать зернистость аб­разива и занизить все размеры инструмента на ве­личину а_и, указанную в табл. 3.4 для этой зер­нистости.

Таблица 3.4 Погрешности УЗО

Примечание:

1. В числителе приведены данные при подаче абразивной суспензии поливом, в знаменателе — при нагнетании абразив­ной суспензии.

3.7 Шероховатость

Шероховатость обработанной поверхности за­висит от размера зерен применяемого абразива, твердости обрабатываемого материала и располо­жения обрабатываемой поверхности по отношению к направлению ультразвуковых колебаний инстру­мента (табл. 3.5).

Таблица 3.5 Показатели широховатости поверхности после УЗО

3.7. Проектирование инструмента

При проектировании инструмента необходимо рассчитать поперечные сечения, распределение амплитуд напряжений и смещений

Если заданы размеры входного и выходного поперечных сече­ний, то по кривой 1 (рис. 3.3) определяют коэффициент транс­формации М.

Если же задан коэффициент трансформации М, то по кривой 1 определяют соответствующее значение отношения вход­ного и выходного приведенных радиусов R_l/R₀, затем по кривой 2 находят отношение длины инструмента к длине волны K₁ = l/_пр.

Рис 3.3 К расчету коэффициента трансформации

Чтобы вычислить длину инструмента, необходимо рассчитать длину продольных волн.

_пр= (3.2)

Значение скорости звука вдоль инструмента (Cпр) для данного материала рассчитывается или берется из таб­лиц. Зная длину волны _пр, определяем длину стержня l из соотно­шения l = K₁_пр. Кривая 3 позволяет найти отношение координаты узла скоростей к длине инструмента x₁/l.

Пример. Частота колебаний инструмента f=18,0 кГц; материал инструмен­та— алюминиевый сплав АМг6; выходной радиус инструмента Ro = 8 мм; коэф­фициент трансформации М = 2,5.

Зная коэффициент трансформации, по кривой 1 (рис. 3.3) находим отно­шение приведенных радиусов на входе и выходе инструмента: R₁/R₀=3. Отсюда R₀ = 3R_i = 24 мм. По кривой 2 для значения R_l/Rо = 3 находим отношение K₁ = l/_пр= =0,55. Чтобы вычислить длину инструмента l, определяем по формуле (3.2) длину волны продольных колебаний. Для сплава АМг6 скорость звука c_пр = 5200 м/с. При частоте колебаний f=18-10³ Гц длина волны в сплаве АМг6 _пр = 288 мм.

Длина конического инструмента l = K₁_пр = 158 мм. По кривой 3 найдем точку расположения узла скоростей: К₂=x₁/l=0,6, откуда х₁=94,8 мм, т. е. на рас­стоянии 94,8 мм от выходного торца инструмента расположен узел скоростей продольных колебаний. Обычно в узле колебаний размещают фланец, с помощью которого коле­бательная система крепится к станку.

Радиусы поперечных сечений конуса рассчитываются по формуле

R_x/Rо = 1+ (R_l/Rо—1)x/l.

При работе в концентраторах и инструментах возникают знако­переменные напряжения. Если эти напряжения велики, то может произойти разрушение материала, поэтому при расчете колеба­тельных систем необходимо определять распределение не только амплитуд смещений по длине концентратора и инструмента, но и распределение амплитуд напряжений и мест расположения пучности напряжений. Сделать это можно, например, для кониче­ского инструмента, используя графики (рис. 3.4), что значительно упрощает расчеты. По этим графикам можно опре­делить координаты пучности напряжений (х₂ на рис. 3.4) по кривой 1 отношения x₂/l и по кривой 2 — относительное значе­ние напряжений  _т в пучности напряже­ний _п.н.. По оси абсцисс отложено отношение приведенных радиусов на входе и выходе инструмента.

Для конического инструмента, пример расчета которого дан выше, по кри­вой 1 на рис.3.4 при отношении R_l/R₀ = 3 отношение x₂/l=0,4, т. е. при длине инструмента l=158 мм пучность напряжений расположена на расстоянии 63 мм от выходного торца. Относительное значение напряжений в пучности, определен­ное по кривой 2, составляет  _т = 0,63_п.н..

Рис.3.4

Далее проектируют технологический процесс, инструмент для ультразвуковой обработки

4. Проектирование технологического процесса комбинированной обработки [9]

4.1. Исходная информация

При создании новых образцов техники особое внимание уделяют надежности и долговечности. Достигается это применением высокопрочных материалов, способных сохранять свои физические свойства при знакопеременных нагрузках, температурах и действии агрессивных сред.

Однако, обрабатывая детали и узлы из высокопрочных ма­териалов традиционными методами, трудно обеспечить высо­кие производительность и качество поверхно­стного слоя. Поэтому в настоящее время изыскиваются новые, более эффективные методы обработки высокопрочных материалов, основанные на использовании мощных источников энергии при комбинации нескольких воздействий.

Типичным примером сочетания механического, электроэрозионного и электрохимического способа чистовой обработки деталей из высокопрочных сплавов является шлифование токопроводящими абразивными или алмазными кругами с наложением элект­рического поля - электроабразивное (электроалмазное) шли­фование (ЭАШ). Электрическое поле ослабляет межмолеку­лярные связи в поверхностном слое обрабатываемого матери­ала, способствует протеканию электрохимических реакций, электроэрозионной регенерации режущей поверхности шлифо­вального круга, выделению газа в межэлектродном зазоре. Все это улучшает условия резания, снижает силы и темпе­ратуру в зоне контакта шлифовального круга с обрабатывае­мой заготовкой, обеспечивает высокую производительность, ка­чество и эксплуатационные свойства обработанной поверхности. Благодаря этому шлифование о наложением электричес­кого поля можно применять как окончательную операцию при обработке высоконагруженных деталей из жаростойких, жаро­прочных сплавов, легированных сталей, магнитотвердых ма­териалов, инструментальных сталей и сплавов, нежестких конструкций, выполненных из токопроводящих материалов различной твердости.

4.2. Схема эаш

Принципиальная схема ЭАШ приведена на рис. 4.1:

Рис.4.1 Принципиальная схема ЭАШ:

1-токопроводящий шлифовальный круг; 2- источник питания; 3- форсунка; 4- абразивное зерно; 5- электролит; 6 - заготовка

4.3. Порядок проектирования технологического процесса эаш.

На основании сведений из рабочего чертежа детали и экспериментальных данных устанавливают перечень основных выходных параметров и управляющие факторы.

Из экспериментальных данных определяются управляющие факторы (режимы обработки), которые обеспечивают значение выходных параметров в требуемом диапазоне.

Из возможных управляющих факторов выбирают те, которые обеспечивают максимальную производительность и минимальную себестоимость процесса.

К основным выходным параметрам при ЭАШ относят: шероховатость обработанной поверхности, точность обработки, производительность.

Основные входные параметры при ЭАШ: тип необходимого оборудования, приспособления и инструменты, размеры детали, схема и режимы обработки, химический состав электролита.

Исходными данными для определения рабочих режимов являются: ма­териал и геометрические размеры детали, припуск Z на об­работку, шероховатость R_a до и после шлифования, погрешность ' до и  после обработки.

Припуск, снимаемый за проход, находят из условия обеспечения бездефектного поверхностно­го слоя. Для предварительной обработки:

V_npZ_ni = 80…250 мм²/мин, (4.1)

где V_пр- продольная подача;

Z_ni- припуск, снимаемый за 1 проход при предварительной обработке.

Для окончательной обработки:

V_npZ_оi = 20…50 мм²/мин, (4.2)

где Z_оi - припуск, снимаемый за 1 проход при окончательной обработке.

Выбирая одно из стандартных значений продольной подачи, из формул (4.1, 4.2) находят величины припусков, снимаемых за 1 проход при предварительной и окончательной