Ультразвуковое резание
Ультразвуковое резание (или размерная обработка) твердых хрупких материалов заключается в направленном разрушении обрабатываемого материала под действием зерен абразивного материала, находящихся между поверхностями обрабатываемого материала и инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой в продольном (осевом) направлении. Относительно высокая интенсивность процесса обеспечивается высокой частотой следования (повторения) ударов инструмента (ультразвуковой диапазон частот) и большим количеством зерен абразивного материала, одновременно участвующих в резании (3х10-1х109 на 1м2).
Вибрирующий с такой частотой инструмент заставляет проникать в обрабатываемый материал зерна абразивного материала, производя его разрушение. Если при этом прижимать с определенным усилием инструмент к обрабатываемой поверхности заготовки (или, наоборот, заготовку к инструменту), то на последней постепенно образуется углубление, копирующее форму рабочей части инструмента. Таким образом, ультразвуковое резание является, по существу, разновидностью механической обработки материалов.
Рис. 32. Схема процесса ультразвукового резания: 1 - заготовка, 2 - абразивная суспензия, 3 -инструмент
На рис. 32 схематично показан процесс съема материала при ультразвуковом резании. В момент удара ультразвукового инструмента по зернам абразивного материала наиболее крупные из них проникают в обрабатываемый материал и производят выкалывание его микрочастиц.
Процесс ультразвукового резания происходит, как правило, в воде, несущей зерна абразивного материала (суспензия). Вибрирующий с ультразвуковой частотой инструмент заставляет кавитировать жидкость в зоне резания. За счет кавитации и давления, с которым суспензия подается в рабочую зону, происходит удаление продуктов резания. Кавитационные явления способствуют также перемешиванию зерен абразивного материала в зоне резания и замене изношенных (измельченных) и не участвующих в работе зерен новыми.
Известен процесс ультразвукового резания вращающимися алмазными пустотелыми «сверлами», когда в зону обработки подается только жидкость (вода) без зерен абразивного материала. В этом случае резание осуществляется так называемым закрепленным абразивным материалом, который представляет собой одно целое с инструментом. На рис. 32 показана схема резания свободными, не закрепленными на инструменте зернами абразивного материала.
Из приведенной схемы ясно, что наиболее интенсивный съем материала происходит в плоскости, перпендикулярной направлению удара инструмента. Однако обработка одновременно происходит и на боковых поверхностях заготовки, параллельных направлению вибрации инструмента. Здесь происходит своеобразное истирание поверхностей обрабатываемого материала зернами абразивного материала; поэтому и обработка этих поверхностей протекает гораздо менее интенсивно, нежели в первом случае.
Ультразвуковым резанием обрабатываются все твердые хрупкие материалы, имеющие твердость до 10 единиц по десятибалльной шкале Мооса. К таким материалам относят стекло, кварц, ферриты, ситаллы, кремний, германий, керамика, фарфор, различные поделочные камни и другие материалы. Менее хрупкие материалы, например твердый сплав, обрабатываются гораздо хуже, а пластичные и вязкие (например, стали) ультразвуковым резанием практически не обрабатываются.
