Ультразвуковая обработка. 
Технология конструкционных материалов

Ультразвуковая обработка (УЗО) основана на разрушении обрабатываемого материала абразивными зернами под ударами инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой [6].

Ультразвуковая обработка является частным случаем механического вибрационного воздействия, которое может быть низкочастотным и высокочастотным. Частота колебаний инструмента при УЗО превышает звуковой диапазон и составляет 16—30 кГц.

Механическое вибрационное воздействие инструмента на заготовку, как правило, сочетается с равномерным механическим воздействием (давлением) того же инструмента. При ультразвуковой абразивной обработке в зону обработки подается абразивная среда (суспензия).

В основе получения ультразвуковых колебаний лежит явление магнитострикции — изменения линейных размеров ряда материалов в магнитном поле. Эффектом магнитострикции обладают никель, железоникелевые сплавы (пермендюр), железоалюминиевые сплавы (альфер), ферриты.

Магнитострикционный сердечник 1 (рис. 8.10) периодически изменяет свою длину (на 2—10 мкм) при наличии переменного электромагнитного поля, которое наводится при помощи генератора 6. Резонансный волновод 2 припаивают к торцу сердечника для увеличения амплитуды колебаний (до 10—60 мкм) и концентрации энергии.

Рис. 8.10. Принципиальная схема ультразвуковой обработки

Через сердечник 1 прокачивают воду для охлаждения (нагрев на гистерезис, вихревые токи). Под пуансоном 3 помещают заготовку 4. Обработка ведется в ванне 5, заполненной абразивной суспензией (взвесь абразивных зерен в воде).

Припуск с поверхности заготовки снимают абразивные зерна, получающие энергию от удара пуансоном (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Разрушение обрабатываемого материала при ультразвуковой обработке

В жидкости происходят кавитационные процессы (образование пузырьков при разряжении, их ликвидация и удар при сжатии), которые способствуют перемешиванию абразивных зерен под инструментом и более интенсивному разрушению материала заготовки. Инструмент поджимают к заготовке с небольшим усилием Р (до 60 Н).

Ультразвуковым методом обрабатывают хрупкие твердые материалы: стекло, керамику, ферриты, кремний, кварц, драгоценные минералы, в том числе алмазы, твердые сплавы, титановые сплавы, вольфрам. Вязкие материалы (незакаленная сталь, латунь) плохо обрабатываются УЗО, так как в этом случае не происходит сколов.

Ультразвуковым методом получают (рис. 8.12) сквозные и глухие отверстия любой формы поперечного сечения, фасонные полости, разрезают заготовки на части, профилируют наружные поверхности, гравируют, прошивают отверстия с криволинейными осями, нарезают резьбы. Рабочие движения для указанных видов обработки: скорость резания V (движение абразивных зерен в направлении обрабатываемой поверхности) и движение подачи S.

Инструменты изготовляют из закаленных (HRC 35—40), но вязких материалов.

Точность размеров и шероховатость поверхностей, обработанных ультразвуковым методом, зависят от зернистости используемых абразивных материалов и соответствуют точности и шероховатости поверхностей, обработанных шлифованием.

Рис. 8.12. Схемы ультразвуковой обработки поверхностей заготовок:

а и б — прошивание цилиндрического и фасонного отверстий; в — обработка внутренней полости; г — разрезание.