Ультразвуковая размерная обработка материалов (стр. 18 из 20)

В таблице 6.3 приведены результаты сверления листов стекла различной толщины при использовании рабочего инструмента в виде полой металлической трубки и абразивной суспензии, а также при использовании алмазосодержащего инструмента.

Таблица 6.3 - Скорость ультразвукового сверления многослойных стеклянных композиций различной толщины рабочими инструментами в виде цилиндрической и конусной металлической трубки с применением абразивной суспензии и алмазосодержащего инструмента

Частота вращения инструмента, об/мин	Скорость сверления многослойных стеклянных конструкций, мм/мин
	двухслойная (13 мм)			трехслойная (20 мм)
	цилиндрический	конусный	алмзосодержащий	цилиндрический	конусный	алмзосодержащий
300	2,6	2,3	1,8	2,5	2,2	1,4
1500	4,6	3,8	7,6	4,2	2,8	4,9
3000	8,2	6,1	11,5	6,5	4,8	7,0

Из полученных результатов следует:

1. Скорость сверления многослойных композиций алмазосодержащим рабочим инструментом с водой без применения абразивной суспензии и цилиндрическими металлическими инструментами с применением абразивной суспензии растет с увеличением частоты вращения рабочего инструмента;

2. За счет придания вращения рабочему алмазосодержащему инструменту скорость сверления возрастает от 0 до 11,5 мм/мин при сверлении двухслойной стеклянной композиции и от 0 до 7 мм/мин при сверлении трехслойной композиции. Среднее значение скорости сверления возрастает в 5...6 раз при увеличении частоты вращения от 300 до 3000 об/мин;

3. За счет придания вращения рабочему цилиндрическому и конусному инструментам скорость сверления возрастает до 6,1....8,2 мм/мин при сверлении двухслойной стеклянной композиции и до 4,8….6,5 мм/мин при сверлении трехслойной композиции при увеличении частоты вращения от 300 до 3000 об/мин;

4. Производительность ультразвукового сверления рабочими инструментами в виде полых цилиндрических и конусных металлических трубок с применением абразивной суспензии на малых частотах вращения превосходит производительность ультразвукового сверления алмазосодержащим инструментом;

5. Производительность ультразвукового сверления алмазосодержащим инструментом при больших частотах вращения незначительно превосходит производительность ультразвукового сверления рабочим инструментом в виде полых цилиндрической и конусной металлических трубок с применением абразивной суспензии;

6. Производительность ультразвукового сверления алмазосодержащим инструментом сравнивается с производительностью сверления металлическим рабочим инструментом с применением абразивной суспензии при частоте вращения, приблизительно равной 1000 об/мин.

Полученные результаты хорошо согласуются с результатами ультразвукового сверления листовых материалов.Следовательно, при сверлении многослойных изделий из чередующихся хрупких и вязких материалов ультразвуковое алмазное сверление является более предпочтительным при обеспечении высокой скорости вращения рабочего инструмента.

Выбор способа ультразвукового сверления как листовых материалов, так и многослойных конструкций для практического использования в условиях серийного производства определяется исходя из полученных результатов по производительности сверления, а также исходя из стоимости рабочих инструментов и стоимости абразивного материала.

Самые общие оценки эффективности использования рассмотренных способов сверления вращающимися рабочими инструментами свидетельствуют о преимуществах сверления рабочими инструментами в виде металлических полых трубок с применением абразивных суспензий при мелкосерийном производстве и выполнении штучных отверстий.

Это объясняется меньшей общей стоимостью инструмента и абразива по сравнению с алмазосодержащим инструментом и возможностью изготовления рабочего инструмента любого необходимого диаметра.

В серийном специализированном производстве, более высокая производительность алмазного сверления может обеспечить его большую эффективность. Таким образом, проведенные экспериментальные исследования ультразвукового способа при сверлении листов стекла и многослойных конструкций различной толщины рабочими инструментами в виде полых цилиндрических трубок с применением абразивной суспензии и рабочими алмазосодержащими инструментами позволили установить следующее:

1. Обеспечение вращения рабочего инструмента повышает производительность сверления не менее чем в 3 раза, для металлических инструментов и не менее чем в 5 раз, при использовании алмазосодержащих инструментов;

2. Повышение частоты вращения рабочего инструмента от 0 до 3000 об/мин приводит к росту производительности сверления до 7 мм/мин для трубчатого инструмента и до 12 мм/мин при использовании алмазосодержащего инструмента;

3. Ультразвуковое сверление с применением трубчатых металлических рабочих инструментов является более эффективным при частоте вращения рабочего инструмента до 600…1000 об/мин, а при частоте вращения от 1000 об/мин до 3000 об/мин более эффективным становится ультразвуковое сверление алмазосодержащим инструментом.

7. Конструкции специализированных ультразвуковых станков

Выработка общих требований к ультразвуковым станкам для размерной обработки на основании анализа потребностей современных высокотехнологичных производств и индивидуальных потребителей, исследование внешних влияний на параметры электронных блоков ультразвуковых генераторов, устранение этих влияний путем решения проблем автоматической подстройки параметров генераторов, а также разработка ультразвуковых колебательных систем и специализированных рабочих инструментов позволили предложить разработать и изготовить серию ультразвуковых станков.

Проведенные экспериментальные исследования функциональных возможностей различных вариантов ультразвукового сверления, анализ возможных областей применения, выработка общих требований к осуществлению процессов ультразвуковой обработки материалов позволили применить разработанные специализированные ультразвуковые станки в производственных условиях.

7.1 Ультразвуковой станок для индивидуального потребителя и мелкосерийных производителей

Для индивидуального потребителя и мелкосерийных производителей ювелирных изделий, украшений и сувениров из поделочных, камнецветных, полудрагоценных и драгоценных камней и минералов, выполняющих штучные отверстия и пазы в камнях для крепления, и осуществляющих ручную гравировку путем выполнения неглубоких матовых линий узоров, разработан малогабаритный ультразвуковой станок низкой стоимости, способный обеспечить выполнение сквозных и глухих отверстий диаметром от 0,4 до 5 мм глубиной до 20 мм с производительностью (по стеклу) не менее 5 мм/мин.
Внешний вид электронного блока созданного станка показан на рисунке 7.1.
Функционально станок состоит из двух блоков – генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты (электронного блока) и колебательной системы. Электронный блок ультразвукового станка содержит генератор электрических колебаний, выполненный по схеме с независимым возбуждением и автоматической подстройкой частоты по принципиальной схеме, показанной на рисунке 4.2.

Рисунок 7.1 - Внешний вид электронного блока ультразвукового станка для индивидуального потребителя и мелкосерийных производителей

Корпус электронного блока имеет форму параллелепипеда со скругленными углами. Панель управления электронного блока имеет скругленные края и на ней размещены: клавиша «СЕТЬ» включения сетевого питания, индикатор включения сетевого питания, ручка регулятора «НАСТРОЙКА», светодиодный индикатор настройки, кнопки регулятора времени работы «ВРЕМЯ», обеспечивающие включение станка на заданное время. На передней панели электронного блока расположен выходной электрический разъем для подключения колебательной системы.
Ультразвуковой станок укомплектован шнуром со стандартной сетевой вилкой для подключения к сети переменного тока напряжением 220 В. Аппарат не требует заземления и может использоваться в различных помещениях, в том числе и в домашних условиях при соблюдении правил техники безопасности.

Колебательная система малогабаритного ультразвукового станка выполнена по полуволновой схеме, размещена в пластмассовом корпусе, имеет вид, показанный на рисунке 5.8, и снабжена рабочими инструментами, показанными на рисунке 5.13.
Разработанный и изготовленный ультразвуковой станок характеризуется следующими техническими характеристиками.

Технические характеристики

Мощность, потребляемая от сети, Вт	50±5
Напряжение питания, В	220±22
Частота питающей сети, Гц	50
Рабочая частота аппарата, кГц	22±1,65
Амплитуда колебаний рабочего инструмента, мкм, не менее	50
Диаметр выполняемых отверстий, мм	0,4...5
Толщина обрабатываемых изделий, мм, не более	20
Производительность сверления (по стеклу), мм/мин, неменее	5
Время непрерывной работы, мин, не более	40
Габаритные размеры:
генератора, мм, не более	160х100х95
колебательной системы, мм, не более	130х50
Масса аппарата, кг, не более	3

Разработанный станок при перечисленных технических параметрах и выполнении отверстий в стеклянных листах толщиной 5 мм характеризуется энергоемкостью процесса, равной 3 Дж/мм³, что не превышает энергоемкости традиционного сверления металлов на стандартных металлообрабатывающих станках. Разработанные ультразвуковые станки в течение нескольких лет успешно эксплуатируются на ряде предприятий страны при производстве изделий из поделочных и драгоценных камней. В частности, на предприятиях «Литос» (г. Бийск), «Галт» при НПК «Алтай» (г.Бийск), Камчатской геологоразведочной партии (г. Петропавловск-Камчатский) для выполнения отверстий в изделиях различной формы при производстве бус. Успешной обработке при производстве бус подвергаются изделия из мрамора, порфира, яшмы, изумруда и аналогичных материалов.