В настоящем разделе сформулированы проблемы размерной обработки твердых хрутхких материалов, сварки и резки полимерных материалов, и применительно к существующим иа практике задачам показаны пути их решения с помощью ультразвуковых многофункциональных УЗ аппаратов на примере электронного фито.миксера «АЛЁНА» (аппарата мощностью 160 Вт).

Все рассмотренные процессы .можно осуществить и с помощью других многофункциональных аппаратов, вьшолняя отверстия различных диаметров и обеспечивая различнуто производительность процессов.

При разработке методик применения использованы теоретические и практические положения, выработанные ранее в лабораторных иаледованиях и полученные разньшш авторами при использовании УЗ техники иа крупньтх производствах и в лабораторных условиях.

Разработанные ранее методики трансформированы применительно к техническим возможностям электронного фитомиксера «ATi--2B:\>: дтл г.оши-i отверстий а твег:ах хрумшх матер!"..ifч и фасонной обработки таких материатов, щя обработки полимерных термопластичных материалов и тканей, применительно к решению проблем:

- сварки полимерных материалов (листы и трубки):

- сварки листовых полимерных материалов по воэнтуру с одновременной высечкой:

- резки полимерных материалов и тканей:

В разделе приведены результаты исследований и практического использования, показаны достигнутые технические характеристики, обсуждены методические особенности и эффективность использования Многофункциональных аппаратов.

ГЛАВА 7. ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

миксера прн его использовании или полуволновой слой над очищаемым объектом.

При очистке изделий с полостями, сообщающимися с атмосферой узкими каналами, целесообразно в процессе очистки периодически извлекать изделия из ванны для вытекания из полостей технологической жидкости.

После проведения ультразвуковой очистки следует провести операции промывки и, если необходимо, пассивирования и сущки.

Одним из наиболее интересных и перспективных промьшшенных применений ультразвука является процесс, получивший название ультразвуковой размфной обработки или ультразвукового резания.

Ультразвуковое резание бьшо открыто более 50 лет назад американским инженером Л.Бэлемут [11]. Исследуя дробление ультразвуком абразивных поропгков, он обнаружил, что приближение колеблюшегося торца рабочего инструмента излучателя к поверхности сосуда, в котором находилась суспензия абразива, приводит к разрушению поверхности в месте контакта. Вьшснилось, что таким способом легко разрушаются все хрутпше материалы - стекло, керамики, твердые сплавы, драгоценные и поделочные камни и минералы. Особенно важным оказался тот факт, что форма полу-ченного углубления весьма точно повторяет рельеф и форму рабочего инструмента излучателя.

Способ ультразвуковой обработки быстро нашел промьппленное применение и уже в начале шестидесятых годов в раз.шчных странах начали появляться промышленные образцы ультразвуковых станков.

Обусловлено это бьшо тем, что ультразвуковой способ удачно дополнил известную группу немеханических способов обработки -электроэрозионный, электрохимический, электронно-лучевой, лазерный и химический.

С его помощью удается сутцественно упростить и ускорить процесс изготовления фасонных деталей из твердвк и хрупких матфиалов. Так например, в сотни раз повьппается пролзводигельность вьфезания пластин любой формы из различных кералшк, полупроводниковых материалов, появляется возможность вьшолнять отверстия любой формы, упрощается технология изготовления матриц и пуансонов из твердых стшавов.

В ходе многочисленньЕс исследований [11,12] удалось установить, что совершая колебательные движения, рабочий инструмент периодически ударяет по зернам абразива. Под действием этих ударов под частицами абразива образулотся трещины и вьпсолы.

Полученные результаты показали, что разрушение хрутпсого матфиала происходит только в случае прямого удара рабочего инструмента по частицам абразива, контактирующего в свою очередь с обрабатьшаемой повфхностью. В тех случаях, когда инструмент ударяет

по частице абразива, взвешенной в жидкости, разрушение стекла не наблюдалось, хотя частица ударялась о поверхность со скоростью, близкой к колебательной скорости торца рабочего инструмента.

Применение абразивных суспензий, прнтотовленньЕс на воде и глицерине свидетельствует о том, что скорость у.льтразвуковой обработки при использовании глицерина значительно меньше, чем при использовании воды. Объясняется это тем, что Скорость потоков, возникающих в рабочем зазоре, а следовательно, и скорость движения частиц уменьшается с ростом вязкости используемой жидкости, а возникающие потоки играют определяющую роль в подаче абразивной суспензии в зону обработки, выносе выколотьес частиц и измельченного абразива.

Современные представления о механизме ультразвуковой обработки свидетельствутот о том, что она сводится к двум различньгм по своей природе явлениям: образованию выколов при ударе инструмента по частицам абразива и перемещению вьпсолотых частиц обрабатываемого материала и разрушенного абразива под действием ультразвуковых колебаний. Второй процесс обеспечивает подачу абразива и удаление отработанного абразива и снятого материала.

Производительность, точность обработки и качество повер.хности, а также износ рабочего инструмента зависят от обоих явлений. Однако, производительность процесса и чистота обработатшой поверхности Определяются, в основном величиной и скоростью образования вьпсолов. Скорость обработки определяется количеством частиц абразива между инструментом и обрабатьшаемой поверхностью. При использовании в качестве рабочих инструментов тонких пластин концентрация абразива была постоянной по всему сечению, С увеличением площади рабочей поверхности инструмента скорость ультразвуковой обработки уменьшалась. Обусловлено это тем, определяющуто роль в перемещении частиц абразива под рабочей поверхностью инструмента играют кавитационные пузьфьки. При использовании в качестве рабочего инсгрутиента цилиндра и вьшолнении отверстий различных диаметров бьщо установлено, что максимальное число кавитационных пузьфьков образуется в центре обрабатьшаемого круга. Кавитационные пузьфьки, Способствующие перемешиванию абразива, одновременно схлапываются и создают мощные гидродинамические потоки, разбрасьшающие частицы абразива от центральной зоны рабочей поверхности инструмента, следствие этого практически 2/3 поверхности под инструментом Сказывается свободным от абразива и скорость обработки существенно снижается.

7.1. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА

достаточным для обеспечения атсустического контакта и исключать повреждение резьбового соединения. Для улучшения работоспособности станка рекомендуется осуществ-тять соединение рабочего инструмента и концентратора через прокладку из меди толщиной 0.2 мм. Далее в отдельной емкости готовится необходимое для работы количество абразивной суспензии. Для её приготовления берется не менее 30% и не более 50% абразивного материала (карбида бора, карбида кремния, элекгрокорунда и т.п.) с размером зерен 30...70 мкм и 70% ( не менее 50 %) воды (по объему).

Приготовленная суспеюия наносится с помопщю кисти на участок поверхности обрабатьшаемого объекта.

Ультразвуковая колебательная система устанавливается на обрабатываемый участок таким образом, что бы рабочий инстрент соприкасался с обрабатьшаемым материалом. Усилие, необходимое для обработки обеспечивается собственным весом колебательной системы..

При подготовке к работе .многофункционального аппарата электронный блок подключается к сети. Ручка регулятора «НАСТРОЙКА» устанавливается в крайнее левое положение. . Постепенно

производится настройка на рабочую частоту вращением ручки «НАСТРОЙКА». Момент захвата рабочей частоты (оптимальный режим работы) фиксируется по максимальному эффекту сверления.

О нормальной работоспособности аппарата свидетельствует распьшение воды, наносимой на торцевую поверхность рабочего инструмента кистью.

Нанося кистью суспензию на объект производится прошивка.

Для повышения производительности обработки и обеспечения высокого качества поверхностей выполняемых отверстий рекомендуется:

- при входе и на выходе рабочего инструмента из объекта снижать давление на обрабатываемый объект,

-выполнять отверстия длиной более 7...10 мм прошивкой с двух

сторон,

- периодически вьшодить рабочий инструмент из отверстия и наносить суспензию на объект при прошивке глубоких отверстий,

- использовать принудительное охлаждение преобразователя Отоком воздуха от бытового вентилятора при длительной непрерьшной работе многофунктщонального атшарата.

В связи с этим, при УЗ обработке целесообразно применять инструменты в виде полых трубок при вьтолнении отверстий различной формы и диаметра или ножевого типа при выполнении пазов и разрезании пластин (рабочие инструменты, показанные на рис. 3.7.в, З.Т.г, З.Т.е 3.7.Ж, 3.7.3.). Кроме того эти же инструменты можно использовать дад клеймения деталей, гравировки и т.п.

При принятии решения о необходимости вьтолнения отверстий необходимо учитьтать функциональные возможности рассматриваемых многофункциональных ультразвуковых технологических аппаратов.

Многофункциональные аппараты N1 и N2 не ко.мплектутотся сменными рабочими инструментами и без дополнительных инструментов можно вьшолнять отверстия только одного диаметра - 7 мм. Однако, при необходимости вьшолнения отверстий меньшего диа.метра, потребитель использовать дополнительный рабочий орган в виде иглы или специально изготовленного дополнительного рабочего органа необходимой формы.

При использовании многофункционального аппарата N3 можно обеспечить вьшолнение отверстий диаметром до 15 ...20 мм, При этом используются рабочие инструменты, входящие к комплект аппарата или изготавливаются рабочие инструменты необходимой формы и диаметра. При этом необходимо обеспечивать примерное равенство веса изготавжлаемых инсгру.ментов, су: струментов, входящих в комплект.

При применении многофункционального аппаргта N 4 можно обеспечить вьшолнение отверстий до 40 мм. При этом также .могут использоваться рабочие инструменты, входящие в комплект или изготавливаться в соответствии с решаемыми задачами.

Ультразвуковая обработка хрупких и твердььх материалов осуществляется по следутощей методике.

Прежде всего необ.ходимо подготовить рабочий инструмент, нужного вам диаметра. В комплект поставки обычно включаются рабочие инструменты для вьшолнения отверстий диаметром 5, 10 , 15 мм ( для аппарата N 3) и 20, 26, 32 и 36 мм. (для аппарата N 4). Потребитель по .мере необходимости изготавливает необходи.мые инструменты в нужном количестве, руководствуясь изложенными выше рекомендациями и учитывая, что длина цншиндрической поверхности рабочего инструмента должна быгь не более 35 мм и не менее толщины обрабатываемого изделия.

Воспользовавшись двумя ключами рабочий инструмент тфисоединяется к концентратору. Усилие затягивания должно бьп*