-АНГЛИЙСКИЙ

         К числу основных проблем современного машиностроения относится получение на этапе изготовление деталей машин таких характеристик качества, которые соответствовали бы требованиям к эксплуатационным свойствам. При этом в процессе обработки необходимо исключить образование причин отказов и научиться участвовать в формировании заранее заданных эксплуатационных свойств. Известно, что основной причиной выхода из строя машин является не их поломка, а износ подвижных сопряжений под действием сил трения. Износостойкость трущихся пар, особенно в начальный период их работы, в существенной степени определяется микрорельефом поверхностных слоев, полученных в результате механической обработки, микротвердостью и остаточными напряжениями. Наиболее сложно управлять процессом формирования эксплуатационных свойств деталей машин, изготовляемых из материалов, склонных к фазовым превращениям в процессах механической обработки, отличающихся высокой теплосиловой напряженностью. К числу таких процессов относят, прежде всего, шлифование, в зоне которого возникают мгновенные контактные температуры, достигающие 800-1000 0С, и давления, превышающие в 2-3 раза предел текучести материала. Удобным инструментом для воздействия на процесс формирования эксплуатационных характеристик при шлифовании следует считать рациональное применение энергии ультразвукового поля.
        Для снижения себестоимости изготовления корпусных деталей, их проектируют с минимальной толщиной стенки. Таким образом, в процессе обработки может оказаться, что данные тонкостенные детали – нежёсткие.
        Для поверхностей разъёма корпусных деталей предъявляются следующие требования: поверхность разъёма должна иметь низкую шероховатость и высокую геометрическую точность. Поэтому обработка поверхностей деталей повышенной точности всегда затруднена, так как в процессе обработки тонкостенные детали значительно деформируются и их проблемно закрепить на столе станка.

        Цель – повысить качество абразивной обработки тонкостенных изделий на базе использования ультразвуковых явлений и разработать технологическое обеспечение, которое даст возможность обработать тонкостенные изделия.

        Задачи:

1. Теоретическое исследование факторов, влияющих на качество абразивной обработки тонкостенных изделий.
2. Разработка технологического обеспечения для ультразвуковой абразивной обработки тонкостенных изделий.
3. Подбор рациональных режимов обработки тонкостенных изделий на базе использования ультразвуковых явлений.
4. Исследование влияния на:
   - шероховатость обработанной поверхности;
   - температуру в зоне резания;
   - геометрические отклонения поверхностей тонкостенных изделий.
5. Моделирование выделения тепла при обработке и процессов температурной и силовой деформаций.

         Значительный вклад в развитие абразивной обработки изделий с применением ульразвуковых колебаний внесли следующие ученые: Бабиков И.М., Бергман Л., Вероман В.Ю., Воронин А.А., Гезбург А.А., Гершгал Д.А., Горячев Н.С., Демишев Г.К., Киселёв Е.С., Кобин П.В., Коган М.Г., Кроуфорд А.Э, Кумабе М., Марков А.И., Метелкин И.В., Нерубай М.С., Панов А.П., Пискунов Ю.Ф., Подураев В.Н., Поляков З.И., Розенберг Л.Д., Свиридов А.П., Сысоева Т.А., Улитин М.Н., Федотов А.М., Шаинский М.Е. и многие другие ученые.

        Ультразвуковые колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся в какой-либо материальной среде - в газах, жидкостях, твердых телах. Колеблющийся источник звука периодически сжимает непосредственно примыкающие к нему частицы среды, которые передают это сжатие следующему прилегающему слою, и волны сжатия, чередуясь с волнами разряжения, проходят через пространство, занимаемое данной средой. Скорость этого распространения зависит от плотности и упругости среды. Особенностями ультразвуковых колебаний являются их направленность и возможность фокусирования энергии на сравнительно небольшую площадь рабочего инструмента.

        Основными величинами, характеризующими гармоническое волновое движение, являются длины волны λ и амплитуда колебаний А (рис. 1). Длина волны - это расстояние между двумя соседними гребнями, впадинами или между двумя точками, находящимися в одной фазе. Амплитудой колебаний называется наибольшее смещение колеблющейся точки от положения равновесия. Частота колебаний в 1 гц - это количество сгущений и разряжений в какой-либо точке в течение 1 сек. Ультразвуковые колебания измеряются в кило- и мегагерцах (103— 106 гц).

        Для незатухающих гармонических колебаний смещения q (рис. 1), скорость V и ускорение а можно определить по формулам:

        Для простейшей колебательной системы с одной степенью свободы (линейный осциллятор), состоящей из массы m и пружины с упругостью D частота собственных колебаний:

        Уравнение смещения для свободных затухающих колебаний (рис 2):

где δ — декремент затухания системы, численно равный отношению эквивалентного сопротивления потерь в системе r (активное сопротивление) к ее удвоенной массе m:

        В колебательной системе с потерями снижается не только амплитуда колебаний, но и частота:

        При малых потерях приближенно считают f=f₀. Амплитуда вынужденных колебаний системы под действием периодической силы P=P_mcosω_вt

        На рис. 3 показано семейство кривых, иллюстрирующих зависимость амплитуды А от частоты для различных декрементов затухания. На малых частотах (f_в < f₀) амплитуда вынужденных колебаний слабо зависит от частоты. При равенстве частот f₀=f_в (механический резонанс) амплитуда колебаний максимальна:

        В идеальной системе без потерь r=0 и амплитуда колебаний имеет бесконечно большую величину (система запасает бесконечно большую энергию). В реальных системах накопление энергии ограничено ее частичной затратой на преодоление потерь.

        Отношение полного запаса энергии, накапливаемой в колеблющейся системе за определенный промежуток времени, к энергии, отдаваемой на преодоление потерь (включая сюда и полезную работу), называется механической добротностью, которая связана с коэффициентом затухания:

        Величина, обратная добротности, - коэффициент потерь

        Кроме того, потери оценивают логарифмическим декрементом затухания:

        Добротность системы можно определить по ее резонансной кривой (рис. 4):

        Из уравнений (2), (6) и (8) амплитуда скорости:

        Величина, указанная в знаменателе, носит название механического импеданса системы. Импеданс Z не зависит от внешней силы и определяется параметрами системы:

        Импеданс показывает, какую амплитуду колебательной скорости приобретает система под действием приложенной силы. В жестких системах импеданс велик, а скорости малы, в мягких системах — при малом импедансе скорости велики. В момент резонанса импеданс минимален и равен сопротивлению потерь r (рис. 5).

        Распространение звуковых волн в твердых телах сопровождается потерями энергии на внутреннее трение, теплопроводность и упругий гистерезис. Потери энергии зависят от физико-механических свойств и структуры материала, частоты колебаний. Ниже приведены значения коэффициента потерь ε для некоторых материалов.

        Алюминий, магний и титан имеют малые потери и обладают высокими акустическими свойствами. Однако не все материалы пригодны для изготовления концентраторов и инструментов при ультразвуковой обработке. В частности, алюминий и его сплавы хотя и дают высокие амплитуды, но применять их для указанной цели нецелесообразно вследствие низкой прочности при статических и динамических нагрузках.

        Коэффициент потерь для сталей в десятки и даже сотни раз меньше коэффициента потерь для магнитострикционных материалов. Поэтому при соединении стального концентратора с магнитострикционным пакетом резонансная кривая акустической головки становится значительно острее (коэффициент потерь равен среднему арифметическому из этих двух звеньев). В трехполуволновой акустической системе резонансная кривая еще более остра.

        Скорость распространения звуковых волн с связана с длиной λ волны и частотой f следующей зависимостью:

        Тип волны зависит от упругих свойств среды. Жидкости и газы не обладают упругостью сдвига и не выдерживают касательных напряжений. При сближении или удалении двух соседних слоев появляются возвращающие силы, препятствующие деформациям сдвига и растяжения. Колебания же частиц среды происходят в направлении возвращающих упругих сил. Поэтому в жидкостях и газах могут наблюдаться лишь продольные колебания, в которых волна распространяется в направлении колебательного движения частиц.

        Механическое сопротивление Z жидкой или газообразной среды не зависит от интенсивности звука, а определяется только ее свойствами:

        В твердых телах, обладающих упругостью формы, помимо нормальных напряжений возникают и касательные. Деформации, связанные с напряжениями сдвига, распространяются в виде поперечных воли, в которых колебательные движения частиц среды происходят перпендикулярно к направлению распространения волны.

        В стержнях с круглым поперечным сечением могут возникать и крутильные (радиальные) колебания, скорость распространения которых

        При распространении продольной волны в стержне последовательно возникают области сжатия и разрежения.

        В стоячих волнах в сечениях с максимальной амплитудой - в пучностях имеет место область сжатия, а в узлах (минимальная амплитуда) - область разрежения.

        Стоячие волны образуются при нормальном падении звука на плоскую границу раздела двух сред, имеющих различные акустические сопротивления, при условии, что протяженность этой среды кратна целому числу полуволн. В результате интерференции (наложения) двух волн одинаковой длины, бегущих навстречу друг другу, и возникает стоячая волна, в которой на расстояниях λ/2 располагаются узловые сечения, а посредине между узлами - пучности. В бегущей волне пучности и узлы в любом сечении стержня чередуются. Кроме того, в стоячих волнах амплитуда давления в пучностях вдвое превосходит амплитуду давления бегущей волны.

        Скорость распространения продольных звуковых волн в стержнях постоянного сечения, наибольший поперечный размер которого значительно меньше длины волны, определяется из выражения

        В более толстых стержнях сказывается эффект поперечного сжатия - увеличение инерции в результате радиальных колебаний. Это кажущееся увеличение массы вызывает рост периода собственных колебаний стержня длиной l и уменьшает скорость распространения продольных волн.

        Большинство применяемых при ультразвуковой обработке стержней имеет диаметр 40—60 мм и разница между значениями c_l и c_испр не превышает 2%. Поэтому поправку в этих случаях можно не учитывать.

        Значения c_l и ρ для некоторых материалов, используемых для различных целей ультразвуковой обработки, приведены в табл. 1.

        Механическое сопротивление однородного бесконечно длинного волновода определяется по формуле (17). Входное сопротивление волновода показывает, какая мощность W пойдет по волноводу, если к нему приложить определенную силу P или механическое напряжение

        С увеличением входного механического сопротивления волновода уменьшается поступающая в него мощность.

        Для реальных волноводов, имеющих конечную длину, большое значение имеют условия на конце волновода. Часто на конце волновода находится активное сопротивление, потребляющее передаваемую по нему энергию. Если сопротивление нагрузки равно сопротивлению волновода Z, то вся передаваемая энергия будет поглощаться нагрузкой и входное сопротивление волновода останется неизменным, т. е. происходит полное согласование нагрузки.

        Если же сопротивление нагрузки отсутствует, то вся энергия отражается от конца волновода и в ней наряду с бегущей волной появляется отраженная волна и получается сложная интерференционная картина.

        Если длина волновода кратна величине λ/2, то в нем устанавливаются стоячие волны. Такой волновод называется резонансным. В акустических головках ультразвуковых станков применяются, как правило, лишь резонансные волноводы и концентраторы.

        Скорость распространения продольных волн c_l значительно больше, чем поперечных. Отношение скорости распространения поперечной волны к продольной равно приблизительно 0,63. Скорость c_l в твердых телах значительно больше, чем в жидкостях, и еще больше, чем в газах.

        Скорость c_l следует отличать от рассмотренной выше скорости колебания частиц среды около положения равновесия при распространении звуковой волны. Подсчеты показывают, что даже для звуков высокой интенсивности амплитуда скорости V значительно (на несколько порядков) меньше скорости c_l ( V_m<<c_l ).

        Распространяющаяся в какой-либо среде звуковая волна обладает определенной энергией. Количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 сек, через перпендикулярную к направлению движения волны площадку в 1 см² называется интенсивностью или силой звука.

        Сила звука измеряется в эрг/см²сек или в вт/см²сек, причем 1 вт/см²сек = 107 эрг/см²сек.

        Сила звука J в плоской бегущей волне пропорциональна плотности среды ρ , скорости в этой среде квадрату амплитуды колебаний А и квадрату частоты ω:

        В настоящее время получена интенсивность ультразвуковых полей до десятков и даже сотен вт/см². Интенсивность же слышимых звуков на несколько порядков ниже. Так, сила звука комнатного громкоговорителя равна 10-9 вт/см²сек, а орудийного выстрела 10-3 вт/см²сек.

        Существуют два вида величин, характеризующих звук:

1. Величины, определяющие звук как физическое явление, т. е. волнообразно распространяющееся колебание частиц упругой среды, и измеряемые в единицах систем СИ, МКС и СГС.

2. Величины, определяющие звук как физиологическое явление, т. е. специфическое ощущение, вызываемое действием звуковых волн на орган слуха, и измеряемые во внесистемных единицах (белл, децибелл, непер).

        В тех случаях, когда распространяющаяся звуковая волна падает на границу .раздела двух сред, обладающих различными скоростями звука, часть энергии проходит во вторую среду, часть же отражается обратно. Распределение энергии между прошедшей и отраженной волнами зависит от соотношения удельных акустических сопротивлений этих сред. Акустическое сопротивление первой среды

        При нормальном падении плоской волны коэффициент отражения R, представляющий собой отношение интенсивностей в отраженной и падающей волнах, можно записать:

        Из формулы следует, что при распространении ультразвуковых волн из материала магнитострикционного вибратора или инструмента в воздух отражается почти вся энергия - более 99,9%.

        В науке и технике применяются звуковые колебания очень широкого частотного и энергетического диапазона. На рис. 6 по оси ординат отложена интенсивность или сила звука J в мквт/см²сек, а по оси абсцисс - частота колебаний в гц. В нижней левой области II¹ указан диапазон слышимых человеком звуков: по интенсивности от 10-3 вт/см²сек (болевое ощущение) до порога слышимости 10-16 вт/см²сек. Нижняя граница частоты между слышимыми звуками и инфразвуками находится примерно в диапазоне 16 – 20 гц. Верхней границей между слышимыми человеком звуками и неслышимыми ультразвуками принята частота 15 000 гц (15 кгц).

        Такая граница установлена Американской Ассоциацией Стандартов. Средняя горизонтальная линия условно делит диапазон звуковых колебаний по мощности: выше горизонтальной линии находятся колебания большой интенсивности, ниже - малой интенсивности.

        Ультразвуковые колебания высокой интенсивности применяют для очистки деталей и воздействия на различные физико-химические процессы, такие, как коагуляция, диспергирование, эмульгирование, полимеризация, деполимеризация, окисление, стерилизация, смягчение воды и т. д.

        Таким образом, техническое применение ультразвуковых колебаний может быть двоякого рода: 1) низкоэнергетическое (волны малой амплитуды) - подводная сигнализация, измерения, дефектоскопия и автоматизация производства; 2) высокоэнергетическое, т. е. использование ультразвуковых волн большой амплитуды, как источника энергии для различных физико-химических превращений и технологических процессов (интенсивности 10 вт/см²сек и более).

        Механизм действия высокоэнергетических ультразвуковых колебаний на различные вещества и процессы еще недостаточно изучен. Мало разработана теория ультразвуковых волн большой амплитуды. Ультразвуковые колебания высокой интенсивности в твердых телах вызывают большие амплитуды — порядка десятков микрон, в отличие от миллимикронов при низкоэнергетических колебаниях; высокие скорости колебания частиц среды - порядка нескольких миллисекунд; большие ускорения, достигающие нескольких десятков тысяч g (g — ускорение силы тяжести), и высокие напряжения, в ряде случаев близкие к временному сопротивлению на разрыв.

        Интенсивные ультразвуковые колебания, возбужденные в жидкости, приводят к возникновению весьма сложного явления, называемого кавитацией. Кавитация возникает в жидкости в том случае, когда амплитуда звукового давления превышает некоторую определенную величину. Экспериментально установлено, что в зависимости от гидростатического давления кавитационный порог водопроводной воды при f=25 кгц доходит до 65 H/см²сек.

        В природе УЗ встречается в составе многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), а также в мире животных, использующих его для эхолокации и общения. Технические излучатели ультразвука, используемые при изучении УЗВ и их технических применениях, можно подразделить на две группы.

        К первой относятся излучатели-генераторы (свистки). Колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока струи газа или жидкости.

        Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи: они преобразуют уже заданные электрические колебания в механические колебания какого-либо твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

        Преобразователи.

        Имеются два общих типа ультразвуковых преобразователей: магнитострикционный и пьезоэлектрический. Они оба выполняют одинаковую задачу преобразования электрической энергии в механическую. В магнитострикционных преобразователях используют эффект магнитострикции, при котором некоторые материалы изменяют линейные размеры в переменном магнитном поле. Электрическая энергия от ультразвукового генератора сначала преобразуется обмоткой магнитостриктора в переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает механические колебания ультразвуковой частоты за счет деформации магнитопровода в такт с частотой магнитного поля. Поскольку магнитострикционные материалы ведут себя подобно электромагнитам, частота их деформационных колебаний в два раза выше частоты магнитного, а, значит, и электрического поля.

        Электромагнитным преобразователям свойственен рост потерь энергии на вихревые токи и перемагничивание с ростом частоты. Поэтому мощные магнитострикционные преобразователи редко используют на частотах выше 20 кГц.

        Пьезопреобразователи, напротив, могут хорошо излучать в мегагерцовом диапазоне. Магнитострикционные преобразователи вообще менее эффективны, чем их пьезоэлектрические аналоги. Это обусловлено, прежде всего, тем, что магнитострикционный преобразователь требует двойного энергетического преобразования: из электрического в магнитное и затем из магнитного в механическое. Потери энергии происходят на каждом преобразовании. Это уменьшает КПД магнитострикторов. Пьезопреобразователи конвертируют электрическую энергию прямо в механическую за счет использования пьезоэлектрического эффекта, при котором некоторые материалы (пьезоэлектрики) изменяют линейные размеры при приложении электрического поля.

        Раньше для пьезоизлучателей использовали такие пьезоэлектрические материалы как природные кристаллы кварца и синтезируемый титанат бария, которые были хрупкими и нестабильными, а потому и ненадежными.

        С развитием науки непрерывно растут требования к качеству и эффективности обработки изделий, имеющих различную форму.

        В настоящее время разработано множество методов обеспечения качества и эффективности. Одним из наиболее перспективных методов является механическая абразивная обработка с добавлением ультразвуковых процессов.

        В настоящее время известны три области применения ультразвуковых колебаний при шлифовании: возбуждение вынужденных ультразвуковых колебаний малой амплитуды в системе шлифовальный круг - заготовка;воздействие на рабочую поверхность круга для очистки и смазки его зерен и пор; правка фасонного профиля шлифовальных кругов тонкой пластинкой (с небольшой статической силой, равной 4…8 Н), при этом на медленно вращающийся круг подается охлаждающая жидкость. Третья область, являющаяся разновидностью размерной ультразвуковой обработки хрупких материалов, не получила большого распространения.

        Основной физической особенностью процесса резания при абразивной обработке является снятие с обрабатываемой поверхности мельчайших частиц металла путем одновременного царапания и истирания. В связи с повышенной твердостью и износостойкостью абразивных зерен, а также крайне малых размеров срезаемого слоя абразивная обработка выполняется на весьма высоких скоростях резания; при этом фактором, определяющим допустимую скорость резания, является не износостойкость инструмента, а прочность круга. По этим причинам хорошие результаты при абразивной обработке показывает как низкочастотные, например, при суперфинише, так и высокочастотные типа ультразвуковых, например, при шлифовании и заточке инструмента. Снятие стружки при шлифовании всегда происходит, учитывая неправильную форму зерен, с отрицательным передним углом; благодаря этому угол резания является тупым и составляет в среднем 135^о (см. рис. 7).

        Вследствие этого деформация отдельных частиц стружки исключительно велика и сопровождается повышенными удельными давлениями и интенсивным тепловыделением, приводящими к интенсивному наклепу обработанной поверхности, появлению местных трещин, прижогов, самоотпуску материала. Значительному уменьшению вредного влияния этих факторов способствует применение при шлифовании высокочастотных колебаний. Процесс резания при шлифовании происходит путем снятия весьма малых стружек, характеризующихся большими колебаниями по форме и размерам образующихся частиц. Задание высокочастотных ультразвуковых колебаний значительно улучшает равномерность работы отдельных зерен, повышает за счет этого качество поверхности. Весьма существенное значение при шлифовании имеют упругие деформации системы СПИД, обусловливающие обязательное выполнение дополнительного периода - выхаживания; его производят при отсутствии подачи. Применение ультразвуковых колебаний приводит к сокращению этого времени при прочих равных условиях.

        Шлифование жаропрочных материалов проводят путем установки ультразвуковой головки на магнитном плоскошлифовальном столе станка так, чтобы шлифуемая поверхность образца совершала колебания перпендикулярно оси абразивного круга, который работает периферией. Заготовку укрепляют на концентраторе вибрационной головки. Твердосплавные пластины затачивают торцом круга, при этом направление ультразвуковых колебаний составляет определенный угол с осью круга. Для обработки используют абразивные круги из белого электрокорунда и зеленого карбида кремния. Частота колебаний 22 кгц, амплитуда колебаний - 0,01…0,2 мм. Режимы шлифования образцов из сплавов ЭИ437Б, ЖС6 и стали У8А: скорость вращения шлифовального круга 25 м/сек, продольная подача стола 5 м/мин, поперечная подача шлифовального круга 5 мм/дв. ход, охлаждение - эмульсией. Использование ультразвуковых колебаний малой амплитуды при плоском шлифовании жаропрочных сплавов повышает чистоту обработанной поверхности, обеспечивая большую стабильность величин шероховатостей. При этом снижаются усилия резания, износ шлифовального круга повышается в 1,5 раза; относительный съем металла остается примерно постоянным. Температура обрабатываемых поверхностей при ультразвуковом шлифовании в этих опытах уменьшается вдвое, наблюдается снижение и температуры стружки. Все это приводит к полной ликвидации прижогов и трещин.

        На рис. 8 показаны осциллограммы изменения температуры образца при обычном шлифовании и обработке с колебаниями. Вначале шлифовали без колебаний при глубине резания t=0,05 мм, а затем с колебаниями и глубиной резания около 0,08 мм. При обычном шлифовании термопара находилась на расстоянии 0,36 мм, а при работе с колебаниями — на расстоянии 0,28 мм от шлифуемой поверхности. При шлифовании образца, совершавшего высокочастотные колебания, несмотря на большую глубину резания максимальная температура образца в исследованной зоне в 2 раза меньше, чем при обычном шлифовании. Уменьшение температуры при шлифовании с колебаниями можно объяснить уменьшением угла контакта абразивных зерен и уменьшением коэффициента трения зерен круга и материала детали. В процессе заточки инструментов из углеродистой, легированной и быстрорежущей стали главными факторами, влияющими на образование тепла и температуру шлифуемой поверхности, являются удельное давление и время контакта круга с деталью. Меньшие температуры при шлифовании с колебаниями обусловливают и меньшие остаточные напряжения.

        При ультразвуковом шлифовании существенно снижается уровень остаточных напряжений в поверхностных слоях обработанных деталей; о их величине при шлифовании образцов из молибденовой стали (HRC55) можно судить по величине изгиба образцов размером 22x22x1,5. Кривизна поверхности образцов, обработанных на режимах шлифования: V_k=30 м/сек, S_np=6 м/мин, S_t=1.3 мм/дв.ход, t=0.05 мм, обычным методом, равнялась 0,1 мм, с ультразвуковыми колебаниями - 0,075 мм. Износ круга в этом случае возрастал в 1,6 раза.

        Подобные же результаты получают при заточке инструментов с ультразвуковыми колебаниями (рис. 9); чистота поверхности быстрорежущих пластинок повышается более чем вдвое; стойкость резцов ВК8, заточенных этим методом, вдвое превышает стойкость резцов, заточенных обычным методом; увеличивается производительность процесса.

        Влияние ультразвуковых колебаний при заточке на стойкость резцов. Результаты исследований влияния ультразвуковых колебаний на качество обработанной поверхности при плоском шлифовании дали основание для испытания режущих свойств инструмента, заточенного с ультразвуковыми колебаниями. Режущие свойства резцов, заточенных с ультразвуковыми колебаниями, оценивали величиной их стойкости. В качестве режущего инструмента использовали пластинки формы 0227 из стали Р18 и сплава ВК8. Пластинки (с колебаниями и без колебаний) затачивали без охлаждения на плоскошлифовальном станке с помощью вибрационной головки.

        Точение быстрорежущими резцами. Точение жаропрочного сплава ХН77ТЮР (ЭИ437Б) резцами из стали Р18 производилось на следующих режимах: V =8…10 м/мин; S=0,3 мм/об; t=1 мм; охлаждение - поливом 5%-ной эмульсией с 2% сульфофрезола. Критерий затупления - износ по задней поверхности 0,6 мм. Опыты показали, что при заточке с ультразвуковыми колебаниями стойкость инструмента значительно увеличивается. Кроме того, при испытании резцов, заточенных без колебаний, наблюдается значительно больший разброс экспериментальных точек, чем при резании резцами, которые были заточены с ультразвуком. При обработке графиков установлены следующие зависимости V - T: а) при работе резцами, заточенными с ультразвуковыми колебаниями, V=9.7/T^0.06 м/мин; б) при точении резцами, которые затачивались без колебаний, V=15.3/T^0.06 м/мин. Вследствие различных величин показателя относительной стойкости эффект воздействия ультразвуковых колебаний на повышение режущих свойств резцов из стали P18 различен: наибольший эффект наблюдается в области больших значений скоростей резания. Например, применяя заточку резцов из стали P18 с ультразвуковыми колебаниями при стойкости 10 мин, можно увеличить скорость резания на 25%, а при стойкости Т= 30 мин скорость резания возрастает лишь на 11%.

        На рис. 10 показаны профилограммы передней поверхности резцов из стали P18, заточенных с колебаниями и без колебаний. Видно, что заточка резцов с высокочастотными колебаниями малой амплитуды позволяет значительно улучшить качество поверхности: высота микронеровностей уменьшается более чем в 2 раза.

        Точение резцами, оснащенными твердым сплавом. Контрольные опыты по установлению влияния высокочастотных колебаний на стойкость резцов, оснащенных пластинками из сплава ВК8, проводились на следующем режиме резания: V=25 м/мин; S=0,3 мм/об; t=1 мм. Резание без охлаждения. Критерий затупления - износ по задней поверхности h₃ = 0,6 мм. Результаты сравнительных стойкостных опытов резцов следующие: стойкость резцов, заточенных обычным способом, составила 10,1 и 14,9 мин, а заточенных с ультразвуковыми колебаниями — 22,4 и 30,6 мин, т. е. в 2 раза больше, чем в первом случае.

        Возбуждение вынужденных ультразвуковых колебаний малой амплитуды при заточке резцов благотворно сказывается на улучшении качества затачиваемой поверхности как быстрорежущего, так и твердосплавного инструмента. Еще большего эффекта можно ожидать при заточке инструмента с охлаждением: высокочастотные колебания малой амплитуды улучшают условия доступа в зону резания смазочно-охлаждающих жидкостей и должны обеспечивать улучшение качества обработанной поверхности.

        Современное машиностроение и приборостроение характеризуются широким применением конструкционных материалов, обладающих специальными физико-механическими свойствами.

        Широкое использование материалов со специальными свойствами, высокие требования к точности размеров и геометрической формы, сложность конструкции деталей часто приводят к тому, что традиционные методы формообразования поверхностей деталей резанием оказываются малоэффективными, а иногда и неприменимыми.

        В машиностроении непрерывно растет применение деталей из металлических и неметаллических материалов, получаемых штамповкой, прессованием, прокаткой, точным литьем и т. д., что вызывает необходимость создания большого количества штампов, литейных форм, прокатных валков, матриц, пресс-форм. Обычно такая оснастка имеет сложную форму и конструкцию, ее изготовление трудоемко и требует применения труда высококвалифицированных слесарей-лекальщиков и значительных материальных затрат.

        Применение ультразвука при механической обработке является перспективным и прогрессивным направлением в современной технологии: удается повысить производительность путем интенсификации режима механической обработки (сокращением машинного времени) и улучшить качество, точность и надежность изделий. Установлено также, что температура, возникающая в зоне шлифования с ультразвуком, снижается примерно на 50%; это приводит к улучшению чистоты поверхности, отсутствию прижогов и микротрещин по сравнению с обычным шлифованием.

        Применение энергии ультразвукового поля при шлифовании заготовок, чувствительных к структурно-фазовым превращениям в поверхностных слоях, позволяет осуществлять их бездефектное шлифование на форсированных режимах без нежелательных изменений структурно-фазового состава поверхностного слоя (вероятность возникновения дефектов снижается в 1,4-1,6 раза).

        Ультразвук позволяет повысить научно-технический уровень технологических процессов обработки деталей из труднообрабатываемых материалов в машиностроении, а в некоторых случаях принципиально по-новому решать технологические задачи их производства.

        В настоящее время данная тема магистерской работы исследуется и будет завершена в конце декабря 2008 года.

1. Киселев Е. С. Интенсификация процессов механической обработки использованием энергии ультразвукового поля: Учебное пособие. – Ульяновск: УлГТУ, 2003. – 186 с.
2. Марков А.И. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых материалов. - М.: Машиностроение, 1968. - 365 с.
3. Терган В.С. Плоское шлифование. - М.: Высшая школа, 1974. - 296 с.
4. Терган В.С., Доктор Л.Ш. Шлифование на круглошлифовальных станках. - М.: Высшая школа, 1977. - 249 с.
5. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. М.: Энергия, 1976. - 320 с.
6. Источники мощного ультразвука / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1967.- 380 с.
7. Подураев В.Н. Обработка резанием жаропрочных и нержавеющих материалов. - М.: Высшая школа, 1965. - 520 с.
8. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970.- 352 с.
9. А.Э.Кроуфорд Ультразвуковая техника. Перевод с английского под ред. канд. техн. наук А.С. Матвеева.
10. http://www.mexanik.ru/1058/vved.htm
11. Мышов М.С., Михайлов А.Н. Влияние ультразвука на процесс шлифования. - Донецк: ДонНТУ, Инженер,2007. Вып 8.С.70-72.
12. Билик Ш.М. Макрогеометрия деталей машин. - М.: Машиностроение, 1972. - 344 с.
13. Кудасов Г.Ф. Плоское шлифование. - Л.:Машиностроение, 1967. - 107 с.
14. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Иностранная литература, 1957.- 728 с.
15. Ультразвуковое резание/Л.Д. Розенберг, В.Ф Казанцев, Л.О. Макаров и др. - М:Машиностроение, 1962. - 364 с.
16. Кумабэ Д. Вибрационное резание / Перевод с яп. С.Л. Масленникова;Под ред. И.И. Портнова и В.В. Белова. М.: Машиностроение, 1985.- 424 с.
17. Клубович В.В., Степаненко А.В. Ультразвуковая обработка материалов. - Минск: Наука и техника, 1981. - 295 с.
18. Физические основы ультразвуковой технологии / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1970.- 688 с.
19. Хорбенко И.Г. Ультразвук в машиностроении. М.: Машиностроение,1974.- 280 с.

-АНГЛИЙСКИЙ