Ультразвук — пружні хвилі з частотою коливань від 20 кГц до 1 ГГц. Для отримання ультразвукових коливань інструменту найчастіше застосовують магнітострикційні перетворювачі. Робота ультразвукових установок заснована на використанні здатності заліза, нікелю, кобальту і їх сплавів змінювати довжину під дією електричного або магнітного поля, а при знятті поля відновлювати первинні розміри. Це явище називають магнітострикцією.
Робота ультразвукового верстата полягає в наступному. У зону між заготівкою і вібруючим пуансоном (інструментом), який дуже близько підходить до заготівки, але не стосується її, поступає абразивний порошок, що знаходиться в рідині в зваженому стані. Від дії вібратора (перетворювача) абразивні зерна з великою силою ударяються об поверхню заготівки і з великою швидкістю вибивають частинки матеріалу (стружку). Одночасно пуансон поступово опускається у видовбаний у такий спосіб простір, і процес продовжується.
Принцип роботи голівки магнітострикційного перетворювача (мал. 4.1.1) полягає в тому, що через котушку збудження 2 пропускається струм високої частоти, який створює змінне магнітне поле такої ж частоти, що діє на сердечник 1 вібратора. Для кращого використання магнитострикційних властивостей вібратора створюють постійне магнітне поле двома котушками подмагничивания 4 і їх сердечниками 3. Коливання, що виникають на вібраторі, передаються на трансформатор швидкості 6, ув’язнений між двома скобами 5, і, посилені їм, повідомляються інструменту 7. Монтажну панель встановлюють на санчата, разом з якими вона переміщається по тих, що направляють станини.
Універсальний настільний прошивочный ультразвуковий верстат 4770 призначений для обробки деталей з твердих і крихких матеріалів: скла, кераміки, напівпровідникових матеріалів, каменя, твердих сплавів і т.п. На верстаті можна виконувати круглі і фасонні отвори і порожнини, вирізувати заготівку, гравірувати, розрізати і ін. Під час роботи інструмент коливається з ультразвуковою частотою у напрямі його подачі. Одночасно відцентровим насосом під торець інструменту подається абразивна суспензія.
Основу електроіскрового методу обробки металів складає процес електроерозії металів. Суть його полягає в тому, що під впливом коротких іскрових розрядів, що посилаються джерелом електричного струму, метал руйнується. При обробці на электроіскровому верстаті для прошивки отворів (мал. 4.1.2, а) заготівку 2 занурюють в бак з рідиною і сполучають з позитивним полюсом, що виконує функції анода. Електрод (інструмент) 4, що є катодом, сполучають з негативним полюсом і заріплюють на повзуні 5, що має вертикальне переміщення по напрямним 6. Заготівка 2, стіл 1, на якому її закріплюють, корпус бака і станина верстата електрично сполучені між собою і заземлені, так що їх електричний потенціал завжди рівний нулю. Це необхідно для безпеки роботи на верстаті.
Якщо, опустивши повзун 5, доторкнутися електродом 4 до заготівки 2, то в електричному ланцюзі піде електричний струм від негативної клеми 7 генератора Г до позитивної клеми 8. У електричний ланцюг включений резистор 11. Це котушка з довгого тонкого дроту. Змінюючи опір, можна регулювати силу струму, контролюючи її по амперметру 10.
Для того, щоб одержати імпульсні розряди, безперервно наступні один за одним, між електродом 4 і заготівкою 2 в електричну схему верстата включається конденсаторна батарея 12. Її включають паралельно заготівці 2 і електроду 4. Якщо замкнути вимикач електричного ланцюга при розведениелектродах верстата, то в перший момент стрільця амперметра 10 різко відхилиться і поступово повернеться на 0. Стрілка вольтметра 9, навпаки, плавно відхилиться від того значення напруги, яка створюється генератором.
Це означає, що відбулася зарядка конденсаторів. Тепер можна наблизити електрод до заготівки. Як тільки відстань між ними стане невеликою, відбудеться електричний розряд. При цьому вся енергія, накопичена в конденсаторах, розрядиться в проміжку між електродом і заготівкою, і чим більший запас енергії, тим більше буде електрична ерозія анода (заготовки).
Після розряду електричний струм між електродом і деталлю зникне, оскільки вся енергія, накопичена в конденсаторах, витрачена, і знову починається зарядка конденсаторної батареї. Наступний розряд відбудеться як тільки конденсатори заряджатимуть. Цей процес відбувається безперервно, імпульсні розряди слідують один за іншим до тих пір, поки не закінчиться обробка.
Під час обробки електрод 4 не повинен стосуватися заготовки, інакше відбудеться коротке замикання. Між електродом 4 і заготівкою завжди повинен підтримуватися невеликою, так званий іскровий проміжок. Це досягається за допомогою різних пристроїв. Найбільш простий пристрій — соленоїдний регулятор (мал. 4.1.2, б). До верхнього кінця повзуна 5 прикріплений сталевий стрижень-сердечник 13, який входить всередину котушки (соленоїда) 14, приєднаної до основного ланцюга. Приєднання зроблене по різних сторонах резистора 11 так, що кінці дротів 15 знаходяться під різними потенціалами.
Коли електрод 4 доторкнеться до заготівки, електричний ланцюг верстата замкнеться і в ній потече електричний струм. Тоді на кінцях котушки 14 створюється різниця потенціалів, і в ній також потече електричний струм. Сердечник 13 намагнітиться і втягнеться в котушку 14, тобто підніметься, піднімаючи разом з собою повзун 5 і електрод 4. Іскровий проміжок 3 між електродом 4 і заготівкою 2 відновиться, і основний електричний ланцюг виявиться розірваним — струм в ній зникне. Одночасно зникне струм і в котушці соленоїда. Сердечник 13 розмагнітиться, перестане втягуватися в котушку і під дією власної маси опуститься. Разом з ним опустяться повзун 5 і електрод 4. Між електродом і заготівкою знову відбудеться, електричний розряд. У міру поглиблення отвору електрод опускатиметься під дією сили тяжіння.
Так продовжуватиметься, поки йде процес прошивки отвору. Соленоїдний регулятор автоматично поступово опускає) електрод у міру збільшення глибини отвору. Якщо електрод можна порівняти з інструментом, то соленоїдний регулятор може бути уподібнений механізму подачі. Електроди, вживані при электроіскровій прошивці, роблять з м’якої латуні. Електрод повинен мати профіль, подібний профілю прошиваного отвору. Якщо діаметр отвору більше 6 мм, то електрод краще робити порожнистим.
Електроіскровой прошивкою вдається виготовляти отвори з криволінійною віссю (мал. 4.1.3.) Електрод 2 з латунного дроту зігнуть по дузі кола, радіус якого рівний радіусу закріплення осі отвору. Електрод укріплений в тримачі 3, який може повертатися навколо осі 1. Тримач 3 навколо осі повертається за допомогою шнура 4, верхній кінець якого прикріплений до соленоїдного регулятора. У іншому процес здійснюється так само, як і при прошивці отворів з прямолінійною віссю.
Електроіскровий метод обробки металів витісняється електроімпульсною обробкою. Це пояснюється тим, що электроіскрова обробка має ряд серйозних недоліків: продуктивність порівняно низка; знос електроду-інструменту відносно великий (наприклад, знос латунних електродів складає 25—30 % об’єму металу, знятого із заготівки), що значно здорожує цей вид обробки і утрудняє отримання необхідної точності. Крім того, электроискрова обробка вимагає великої витрати електроенергії. Електроімпульсний спосіб обробки металів не позбавлений повністю недоліків электроіскрового методу, проте є продуктивнішим.
У електричній схемі (мал. 4.1.4) електроімпульсного верстата відсутні конденсатори, які були потрібні в электроіскровому верстаті для отримання імпульсних розрядів. У електроімпульсному верстаті імпульсні розряди, необхідні для електричної ерозії,
створюються (генеруються) в спеціальному генераторі імпульсів. Роль такого генератора імпульсів грають перетворювач 1 і селеновий випрямляч 2. Перетворювач 1 змінює напругу і частоту змінного струму; його підключають до заводської мережі На вихідних затисках перетворювача одержують струм з нижчою напругою (50 В) і підвищеною частотою (490 Гц). Селеновий випрямляч 2 пропускає струм тільки в одному напрямі. Таким чином, протягом 1 з одержують 490 імпульсів. При цьому між електродом 3 і заготівкою 4 відбуваються електричні розряди. Заготівці повідомляється коливальний рух у напрямі подачі, що оберігає електроди від короткого замикання.
На відміну від электроіскрової обробки при електроімпульсному процесі заготівка сполучена з катодом електричного ланцюга, а інструмент — з анодом. Обробку ведуть в рідкому середовищі (у маслах низької в’язкості: індустріальне 12, трансформаторне, а також в гасі і ін.). Електроди виготовляють з міді, алюмінію, чавуну, графіту і т.д. Процес електроімпульсної обробки заснований на розплавленні малих об’ємів металу електродів в тих місцях, де між ними проскакують електричні розряди Кожен розряд знімає дуже невелику кількість металу, але оскільки розряди відбуваються дуже часто, один за іншим, то загальний об’єм металу достатньо великий. У міру знімання металу інструменту електроду повідомляється подача.
Електроімпульсний метод дозволяє проводити обробку на невеликих площах (до 180 см2) з високою продуктивністю (4000 мм8/мин).
При анодно-механічному різанні (мал. 4.1.5) електрод-інструмент роблять звичайно у вигляді диска, що швидко обертається навколо своєї осі В простір між оброблюваною заготівкою 1 і електродом-диском, що обертається, 2 подається по трубці 3 електроліт. Електрод-диск, виготовлений з м’якої сталі, і заготівка приєднані, як при электроіскровій обробці, до генератора постійного струму 4 (диск — до негативного, а деталь — до позитивних клем) На відміну від электроіскрової обробки рідина, яка знаходиться між электродом -диском і заготівкою, проводить електричний струм.
Із-за зіткнення диска із заготівкою і наявність електроліту між диском і заготівкою безперервно проходить електричний струм. При анодно-механічному різанні диск має повільну поперечну подачу.
Суть процесу полягає в наступному. Рідина-електроліт, яка подається в простір між диском 1 і заготівкою 2, розчиняє під дією струму метал, утворюючи на поверхні заготівки тонку плівку 3 (мал. 4.1.6, а). Тонка плівка, що має низьку міцність, легко зіскоблюється швидко вращающимся- диском. На її місці знов утворюється плівка, яка знов зчищається диском при подальшому його обертанні. Таким чином, безперервно відбувається електрохімічне роз’їдання поверхні деталі.
Вершини нерівностей на поверхні заготівки (мал. 4.1.6, б) відокремлені від диска дуже невеликим проміжком, через який легко проскакує розряд, і піддаються електричній ерозії: вони розплавляються і частинки виносяться диском, що обертається, з місця розрізу у вигляді снопа іскр. Таким чином, при анодно-механічній обробці відбуваються одночасно два процеси: електромеханічне роз’їдання поверхні і електрична ерозія. Як робочу рідину-електроліту застосовують водний розчин рідкого скла.
Анодно-механічне заточування і доведення проводять за три переходи: обдирання, шліфування і доведення. Всі ці переходи виконують на одному і тому ж верстаті за одну установку заточуваного інструменту, змінюють тільки електричні режими обробки. Обдирання ведуть при напрузі 20 В, шліфування— при напрузі 15В.(мал. 4.1.8.); при доведенні напругу знижують до 10В. В результаті зміни напруги міняється і характер обробки. При обдиранні знімається великий шар металу (1—1,5 мм). Це необхідно для того, щоб надати інструменту необхідну форму. При шліфуванні глибина шару, що знімається, не перевищує 0,1 мм. Доведенням знімається незначний по товщині шар, що становить всего0,01—0,03 мм.
Питання для самоперевірки:
1. В чому полягає робота ультразвукового верстата?
2. Який принцип роботи голівки магнітострикційного перетворювача?
3. В чому полягає електроіскровий метод обробки?
4. Які недоліки має электроіскрова обробка?
5. В чому відмінність електроіскрового методу обробки від електроімпульсного?
6. Коли застосовують анодно-механічну обробку?
Література:
1. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки.—М.: Машиностроение, 1988.
2. Локтева С.Е. Станки с программным управленим и промышленные роботы.—М.: Машиностроение, 1986.