Ультразвуковой метод обработки

^Г Ультразвуковым называют метод обработки, при котором обрабаты­ваемая зона находится под воздействием упругих механических колеба­ний с частотами свыше 16—20 кГц (ультразвуковыми). При этом на за­готовку воздействуют удары взвешенных в жидкости (воде, масле) зерен абразива, получающих большие скорости от вибратора, который колеблется с ультразвуковой частотой. Жидкость под давлением ультразвуковых колебаний вследствие явления кавитации разрушает материал, на кото­рый она попадает. Это разрушение интенсифицируется действием содер­жащегося в жидкости абразива, зерна которого проникают в зазор меж­ду торцом инструмента и деталью и отделяют микроскопические частицы от материала заготовки. Получаемые с помощью ультразвукового генера­тора электрические колебания магнитострикционным вибратором преоб­разуются в механические. Магнитострикционный эффект заключается в свойстве ферромагнитных материалов изменять размер при изменении действующего на них магнитного поля.

На рис. У1.95 показана схема ультразвукового станка. Из ультразвуко­вого генератора, питающегося от сети переменного тока обычной частоты,

ток ультразвуковой частоты подается в обмотку магнито-стрикционного вибратора 4, в котором электромагнитные коле­бания преобразуются в механи­ческие, С помощью концентра­тора 3, один конец которого свя­зан с вибратором, а другой — с инструментом, возникшие ко­лебания усиливаются и ампли­туда их может достигать 0,1— 0,12 мм. Из бака 8 с помощью насоса 7 в зону обработки пода­ется жидкость с абразивным по­рошком. Ползун 5, уравновешен­ный контргрузом, перемещается по направляющим станины 6 и прижимает инструмент 2 к заготовке /. Эта сила должна быть небольшой, чтобы колебания инструмента не затухли. Так как подача инструмента осуществляется в направлении колебания его торца, этим методом может быть обработана полость любого профи­ля. В зависимости от твердости и прочности обрабатываемого материала может быть использован различный абразив: электрокорунд, карборунд, карбид бора, алмаз. Ультразвуковой обработкой достигается шерохо­ватость /?„ = 0,63—0,16 без нарушения свойств поверхностного слоя. Большим достоинством метода является то, что с его помощью мож­но обрабатывать не только металлические материалы (проводники), но и диэлектрики. Его используют для обработки труднообрабатываемых сплавов и изделий из стекла, кварца, германия, кремния, ферритов, мине-ралокерамики, рубина, алмаза и др.

§ 72. Лучевые методы обработки

1. Электронно-лучевая обработка основана на том, что электроны, излучаемые катодом в глубоком вакууме вследствие термоэлектронной эмиссии, ускоряются в мощном электрическом поле и фокусируются з узкий пучок, направленный на обрабатываемую заготовку — анод. При этом кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Эффективность действия электронного пучка повышается фокусировкой его на очень малых площадях (до Ю^-7 см²), благодаря чему образуется электронный луч. Попадая на обрабатываемую поверхность, такой луч мгновенно на­гревает ее до температуры около 6000 °С, вследствие чего даже самый тугоплавкий металл здесь будет не только плавиться, но и испаряться. Электронно-лучевая обработка ведется на установке с электронной пуш­кой 6 (рис. VI.96, а), обеспечивающей фокусирование электронного лу­ча. Важнейшими ее элементами являются генератор высокого напряжения 11, генератор напряжения накала и напряжения возбуждения (задающего напряжения) 10, импульсный генератор 8, импульсный трансформатор 9 и вольфрамовый электрод 7. Принцип работы электронной пушки сле­дующий. Поток электронов, создаваемый эмиссией разогретого катода

Электронно-лучевым методом получают огверстия, пазы и т. п. малых размеров (от 0,005 мм и выше) в труднообрабатываемых сплавах.

2. Обработка световым лучом. Этот метод обработки базируется на работах Н. Г. Басова и А. М. Прохорова.Он основан на том, что мощный световой луч, проходя через специальное оптическое устройство, фоку­сируется на обрабатываемой поверхности заготовки на площади диамет­ром до 0,01 мм. Поэтому в зоне его действия возникают температуры по­рядка нескольких тысяч градусов и высокие давления. Концентрация энергии может быть порядка 10⁶ кВт/см², поэтому происходит мгновенное расплавление и испарение металла. В качестве источника энергии исполь­зуются квантовые генераторы света или лазеры, чаще всего кристалли­ческие рубиновые (рис. VI.96, б). Основой лазера служит стержень синтетического рубина 4, помещенный внутрь наполненной ксеноном спиральной лампы (лампы подкачки) 5. Лампа питается от батареи кон­денсаторов 8 и при разрядке их периодически вспыхивает. Стержень заключен внутри стеклянной трубки 3, через которую непрерывно про­качивается охлаждающая среда от входа 1 к выходу 7 и фиксируется пру­жиной 2. Рубиновый стержень — это кристалл А1₈0₃ с примесью окиси хрома Сг_а0₃. Плоские параллельные торцы его тщательно отполированы.

Один из них покрыт слоем серебра, а второй также посеребрен, но полу­прозрачен. При интенсивной вспышке лампы 5 рубин освещается и атомы хрома, поглощая световой квант, переходят из нормального в возбужден­ное состояние вследствие так называемой оптической подкачки. В момент, когда больше половины атомов хрома переходит в возбужденное состоя­ние, равновесие становится неустойчивым, в кристалле освобождается накопленная энергия, атомы возвращаются в нормальное состояние и кри­сталл излучает фотоны. Мощный поток их прорывается сквозь полупро­зрачный передний торец, образуя мощные излучения в виде пучка осле­пительно ярко-красного света 6. С помощью специальной оптической линзы (на рис. VI.96, б не показана) этот пучок света фокусируется на площади диаметром до 0,01 мм.

С помощью лазеров можно вести обработку отверстий малого размера, пазов и т. п. в заготовках из различных материалов, независимо от их физико-механических свойств (твердые сплавы, алмазы). Светолучевая обработка обладает рядом достоинств по сравнению с электронно-луче­вой и поэтому более перспективна.