47

1.3.2.Последовательность выполнения работы

1)Ознакомиться со станком и особенностями процесса электроэрозионной обработки.

2) Установить

на

стол

станка

одну

из

деталей

и

закрепи,

предварительно измерив толщину штангенциркулем.

3)Установить инструмент-электрод, предварительно измерив диаметр его рабочей части микрометром. Данные занести в таблицу 3.6.

4)Установить требуемый режим обработки – емкость разрядного контура и

напряжение (для первого опыта C = 0,5 мкФ, U = 70 В). Включить станок.

5)Подвести инструмент к заготовке до образования искры между деталью и инструментом. Поднять ванну с диэлектриком, чтобы жидкость закрывала деталь.

6)С началом обработки включить секундомер и определить полное время обработки отверстия на данном режиме (до прекращения процесса эрозии).

7)Выключить станок.

8) Опустить ванну, раскрепить и достать деталь. Измерить диаметр

отверстия на микроскопе, данные занести в таблицу 3.6.

9)Измерить микрометром диаметр рабочей части инструмента, д нные занести в таблицу.

10)Снова установить деталь на станок и повторить пункты4 – 8 для нового режима обработки.

11) Выполнить обработку на всех режимах согласно методичес

указаниям, выключить станок. Необходимые данные занести в таблицу 3.6.

12)Построить графики зависимостей от энергии разряда:

а) точности обработки отверстия;

б) износа инструмента;

в) производительности и времени обработки.

13)Оформить отчет.

48

Таблица 3.6 – Результаты эксперимента

	Режим разрядов			Обра-	Время	Диа-	Диаметр	Диа-	Износ	Погрешность
				баты-	обра-	метр	электро-	метр	электрода	обработки
				ваемый	ботки	элект-	да после	отвер-
				мате-		рода до	обра-	стия в
				риал		обра-	ботки	детали
						ботки
	C	U	W		t	d0	d	D	Dd=do-d	DD=D-do
				Дж
	мкФ	В			с		мм			мкм

0,5 70

1 140

5 140

10 140

20 140

20 140

20 140

1.3.3. Содержание отчета

Отчет должен содержать краткое описание работы, схему релаксационного

генератора	импульсов, принципиальные		схемы	некоторых	операци
электроэрозионной обработки материалов, таблицу с				результатами	опытов,
графики зависимостей		износа электрода, погрешности обработки и времени
обработки от энергии		импульса(в соответствии	с рисунком3.5), выводы по
работе.

				49
D d ,		D D ,				t ,
м к м		м к м				с

W , Д ж

W , Д ж

W , Д ж

Рисунок 3.5 – Графики зависимостей

Вопросы для самопроверки

1)	Причины возникновения электрической эрозии.
2)	Какие	генераторы	импульсов	применяются	при	электроэрозионной
обработке?
3)	Какие	рабочие	жидкости	используются	при	электроэрозион
обработке?

4)Какие материалы используют для изготовления инструмента?

5)Оказывает ли влияние прочность обрабатываемого материала производительность процесса?

6)Назовите способы обеспечения высокой производительности обработки.

7)Назовите способы обеспечения высокой точности и малой шероховатости поверхности.

8)Назовите область применения процесса электроэрозионной обработки.

9) Какие два режима электроэрозионной обработки можно выделить в

качестве самостоятельных процессов?

10) Назовите

технические

возможности

процесса

электроэрозионн

обработки.

50

Лабораторная работа «Применение электрогидравлического эффекта

в машиностроении»

Импульсные методы обработки материалов нашли широкое применение в промышленности. Для создания импульсных нагрузок используются взрывчатые вещества, горючие газы, импульсное магнитное поле, электрический разряд в жидкости. Импульсный электрический разряд в жидкости сопровождается рядом гидродинамических явлений. Совокупность их получила назван электрогидравлического эффекта.

1.1. Цель работы

Ознакомиться с физическими явлениями, сопровождающими разряд в жидкости, энергетическими характеристиками высоковольтного разряда в жидкости, основными областями применения электрогидравлического эффекта в промышленности.

1.2. Физические явления, сопровождающие разряд в жидкости
Электрогидроимпульсный			метод обработки основан на использовании
энергии	импульсного		электрического		высоковольтного		разряд
диэлектрической		жидкости.	Осуществление	такого	разряда	возможно		с

использованием простейшей электрической схемы, приведенной на рисунке 4.1.

51

1		2					4	5

~220/380 В			С			3

Рисунок 4.1 – Схема осуществления электрогидравлического эффекта

Импульсный высоковольтный конденсатор 3 заряжается от трансформатора

1 через выпрямитель 2. При достижении достаточного потенциала происходит пробой формирующего промежутка4, и высокое положительное напряжение

подается на помещенный в рабочую жидкость 5 электрод, представляющий собой изолированный металлический стержень с открытым заостренным концом.

Формирующий промежуток позволяет накапливать энергию в конденсаторе и

импульсно подавать ее на рабочий промежуток между электродами. При появлении высокого напряжения на положительном острие электрода происходит

пробой рабочего водяного промежутка.

После образования токопроводящего канала между электродами начинается

стадия искрового разряда. В цепи протекает импульсный ,токдостигающий величины десятков килоампер. В канале разряда возрастает температура. Здесь образуется сложная газообразная система– разрядная плазма. Температура в

канале	разряда	достигает величины	порядка104 градусов.	Разогрев плазмы
вызывает	ударное	повышение давления	в канале разряда	до величин	порядка
100 МПа, под действием которого канал расширяется со скоростью 100 - 1000					м/с.

Поскольку жидкость является несжимаемой инерционной средой, в той ее части,

которая граничит с расширяющимся каналом разряда, образуется сильно сжатый узкий слой жидкости(скачок уплотнения), отделяющийся от зоны разряда и

52

превращающийся в ударную волну высокой интенсивности. Многочисленными исследованиями установлено, что изменение давления во времени носит экспоненциальный характер:

- t
p = pm × e q ,	(4.1)

где pm - амплитуда ударной волны;

q - постоянная времени (время, в течение которого давление изменяется ве раз).

Высоковольтный разряд в жидкости является источником ударных волн очень высокой амплитуды, гидропотоков, кавитации, интенсивного светового и электромагнитного излучения и др. Энергия разряда, расходуемая на образование

ударных волн, оценивается величиной 10 - 30 % энергии разряда, рассчитываемой по формуле (3.1).

Длительность ударной волны определяется скоростью выделения энергии

разряда и обычно составляет несколько десятков мкс. Поэтому ударные волны имеют частоту ультразвукового диапазона, но амплитуда их значительно больше

амплитуды ультразвуковых волн.
На	формирование	парогазовой		полости, вызывающей		гидропотоки,
расходуется до 30 % энергии, запасаемой в конденсаторах. В открытом объеме
расширяющийся пузырь приводит к образованию гидропоток, овбладающих
малой разрушительной силой. Но при разряде замкнутомв						малом	объеме
жидкости	от расширения		пузыря	возникают	громадные квазистатическ
давления и эффективность разряда повышается.
Доля	энергии, уходящая		на ультрафиолетовое		излучение, мала		и не

превышает 10 %. Однако мощность ультрафиолетового излучения достаточна для использования его для облучения с целью обеззараживания жидкостей, активации СОЖ и др.

53

Мощные импульсные токи, протекающие в разрядной цепи, могут быть использованы для магнитной обработки жидкостей(например, СОЖ) с целью

изменения их свойств.

Ударная волна – это распространяющийся в данной среде скачок уплотнения.

Скорость распространения продольной ударной волны определяется модулем

упругости E и плотностью r среды. Например, скорость ударной волны в стали

6000 м/с, в воде – 1500 м/с.

Волны растяжения, возникающие в жидких средах, могут привести к

возникновению кавитации, а в твердых телах – к разрушению.

Количественные соотношения, характеризующие взаимодействие ударной

волны	с	преградой, определяются			акустической	жесткостью	сред
(произведением плотности r и скорости звука c) контактирующих сред.
Под		действием	ударной	волны	преграда	импульсно	перемещ

(деформируется). Величина смещения пропорциональна амплитуде давления. При взаимодействии ударной волны с твердым телом в нем возникают механические

напряжения от деформации его стенок, напряжения от смещения частиц, и

наконец, сами смещения. Это явление и используется для обработки металлов давлением. При недостаточной амплитуде ударной волны преграда упруго

деформируется, а	затем совершает колебательные движения. Но при каждой
такой деформации в преграде(а это может быть стенка отливки) возникают
дополнительные временные механические напряжения.
Рассмотрим	некоторые	области	применения	электрогидравлическог
эффекта в машиностроении.
Остаточные	напряжения в	деталях(или	заготовках,	например отливках,

сварных изделиях) снижают усталостную прочность изделий и их коррозионную стойкость. Релаксация (снижение) этих напряжений с течением времени приводит к короблению деталей в готовых изделиях и вызывает нарушение точности

механизмов. Необходимо	снижать	первоначальный	уровень	остаточны
напряжений. Одним из способов уменьшения остаточных напряжений является
микропластическое деформирование. Этот		процесс можно	интенсифицировать

54

применением электрогидравлического эффекта. Возникающие при взаимодействии ударной волны с преградой механические напряжения могут складываться с остаточными и достигать предела текучести. Эксперименты с отливками подтвердили это. Разработан метод интенсификации этого процесса,

основанный на создании со стороны стенки отливки, противоположной действию ударной волны, среды с меньшей акустической жесткостью, чем у воды (рисунок

4.2).

5 4

3 2

1

во з д у х

1 – отливка; 2 – сосуд; 3 – рабочая жидкость; 4 – эластичная камера; 5 - электрод

Рисунок 4.2 – Схема электрогидроимпульсной обработки отливок для снятия остаточных напряжений

Принципиальная схема электрогидроимпульсной установки показана на рисунке 4.3.

Энергетический блок

КУ

КV ЭМБ

R	C
	В

ТР

55

Технологический блок

Р

РК

Заготовка

Вакуум

ТР – высоковольтный трансформатор; В – высоковольтный выпрямитель;

С – батарея высоковольтных конденсаторов; К – киловольтметр;

ЭМБ – электромеханическая блокировка;

КУ – коммутирующее устройство; РК – разрядная камера

Рисунок 4.3 – Схема установки для электрогидроимпульсной штамповки

Высоковольтный			трансформатор	питается	от	сети	переменного		то
220/380 В. Высокое		напряжение через		выпрямительВ и		токоограничивающее
сопротивление R подается на импульсные высоковольтные конденсаторыС.
Энергия,	накопленная		батареей	конденсаторов			при	срабаты
коммутирующего		устройства КУ, импульсно выделяется				в	межэлектродном
промежутке	разрядной		камерыРК. Электромеханическая			блокировка ЭМБ

56

предназначена для закорачивания и заземления конденсаторов после выключения

установки.
Установка	для	электрогидроимпульсной						штамповки		состоит
энергетического	блока,	технологического			блока		и	пульта		управлени.
Технологический	блок,	в	зависимости		от	назначен, иямеет			различные
конструктивные	исполнения		, икак	правило,		содержит		рабочую		камеру,

электродный узел, матрицу, устройство для установки или зажима заготовки,

систему подачи рабочей жидкости, вакуумную станцию.

При электрогидроимпульсной штамповке в открытом объеме(рисунок 4.4)

предусматривается пузырьковая защита камеры от воздействия ударной волны. В

некоторых случаях (рисунок 4.5) необходимости в вакуумировании нет.

	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	Вакуум
Воздух	Воздух

1 – электродная система, 2 – камера; 3 – вода; 4 – пузырьковая защита; 5 – прижим; 6 – заготовка; 7 – матрица

Рисунок 4.4 – Электрогидроимпульсная штамповка в открытом объеме

57

5

4

Вода

3

2	lмэ
1

1 – матрица; 2 – заготовка; 3 – электроды; 4 – рабочая жидкость (вода); 5 – камера

Рисунок 4.5 – Электрогидроимпульсная штамповка в закрытом объеме

Известно,	что при	наложении ультразвуковых колебаний на		образе
происходит	уменьшение	статического	напряже, необходимогоия	для

пластического течения металла. Ультразвуковые волны способствуют движению дислокаций и тем самым облегчают пластическое деформирование. Как показали

исследования,	аналогичные процессы происходят при	обработке	ударными
волнами. Поэтому электрогидроимпульсная обработка может быть использована
для интенсификации обработки металлов давлением. Схема осуществления
волочения с	использованием электрогидравлического	эффекта	показана н
рисунке 4.6.

58

1 2

Р

3

4 5

1 – проволока; 2 – фильер; 3 – поршень; 4 – электроды; 5 – рабочая камера

Рисунок 4.6 – Схема волочения проволоки с использованием электрогидравлического эффекта

Но наиболее широкое применение электрогидравлический эффект получил

при обработке металлов давлением, при изготовлении деталей из листовых

заготовок.	Освоены	следующие операции: пробивка, вытяжка, отбортовка,
раздача, рельефная формовка, правка, калибровка и др.
Особенностью		электрогидроимпульсной	штамповки	является, чтото
пуансоном	является	жидкая среда. Это обстоятельство позволяет несколько

снизить расходы на оснастку, повысить точность изготовления деталей. Также появляется возможность пробивки тонколистовых материалов, причем заусенцы на деталях не остаются, что значительно упрощает технологию изготовления деталей. Жидким пуансоном можно пробивать отверстия в любом месте детали, в

то время как при обычной пробивке ось отверстия совпадает с направлением перемещения пуансона.

Следующей особенностью электрогидроимпульсной вытяжки являются возможности:

59

-обработки материалов, трудно поддающихся обработке давлением;

-сокращения или исключения промежуточных термических обработок;

-резкого повышения производительности обработки.

Калибровка с помощью импульсных нагрузок очень эффективна, к как

ударное	нагружение	уменьшает		упругое	восстановление(пружинение),
свойственное статическому калиброванию. Кроме					того, калибровке		можно
подвергать детали практически любой формы.
Импульсная обработка			раскрыла	широкие	возможности		в	рельефн
формовке, т.е. образования			рельефа	листовой	заготовки	с	ее	местн
формованием.

Электрогидроимпульсная штамповка в настоящее время, несмотря на значительные успехи в механизации вспомогательных операций, все еще остается малопроизводительной. Поэтому ее следует применять в опытном, единичном,

мелкосерийном производстве.

Электрогидроимпульсное прессование порошковых материалов (рисунки 4.7

и4.8) позволяет значительно расширить технологические возможности процесса получения заготовок методом порошковой металлургии, так как обеспечивает более высокую плотность прессовок, меньшую величину усадки, а следовательно,

иболее высокую точность заготовок, меньшие припуски под последующую механическую обработку (если таковая требуется). Метод позволяет также прессовать порошки высокопрочных и малопластичных материалов, таких, как,

например, молибден, вольфрам, порошки быстрорежущей стали и др.

60

C

1

2

3

4

1 – поршень-пуансон, 2 – камера; 3 – порошок; 4 – матрица

Рисунок 4.7 – Схема электрогидроимпульсного прессования металлических порошков жестким пуансоном

	+
….	…..	1
.…		2
….	…..	3
…..	…..
…..	…..
…..	….
….	….
	-

1 - матрица; 2 – порошок; 3 – эластичная оболочка

Рисунок 4.8 – Схема электрогидроимпульсного прессования порошков

через эластичную оболочку

61

1.4. Методика выполнения работы

1.4.1.Приборы, оборудование, материалы

1)Лабораторная электрогидроимпульсная установка.

2)Оснастка для вытяжки.

3)Резьбовый микрометр с коническими вставками.

4)Листовой материал толщиной 0,5 - 1,0 мм

5)Штангенциркуль.

1.4.2.Техника безопасности

Установки для электрогидроимпульсной	обработки относятся к	категории
установок повышенной опасности. Поэтому	к работе на этих	установках

допускаются специально подготовленные лица, имеющие допуск к работе

установленной формы.
	Установка электрогидроимпульсной штамповки должна быть снабжена
блокировкой, заземляющей			и	закорачивающей конденсаторы, и ограждена
заземленной металлической сеткой. На рабочем месте должна быть инструкция
по	технике	безопасности,		также	комплект	изолирующих		: средст
диэлектрический		коврик,	диэлектрические		перчатки,	разрядная	штанга	и
углекислотный огнетушитель.

62

1.4.3. Последовательность выполнения работы

Заготовки устанавливают на матрицу согласно принятой схеме вытяжки:

§с прижимом заготовки (рисунок 4.9 а);

§без прижима заготовки (рисунок 4.9 б).

S

r

d

а

D

б

Рисунок 4.9 – Схемы вытяжки:

а – с прижимом заготовки; б – без прижима заготовки

Заготовки обрабатываются при различной энергии разряда, соответствующей напряжениям 3, 5, 7, 10, 15 кВ или несколькими разрядами при неизменной энергии.

Утонение материала измеряется микрометром, глубина вытяжки – штангенциркулем. Схема измерения приведена на рисунке4.10. Результаты измерений заносятся в таблицу 4.1.

		63
		R´		S	h
		6	7	K
		5
		4
		3
0	1	2

Рисунок 4.10 – Схема измерения глубины вытяжки и утонения материала

Таблица 4.1

Номер

Мар-

Размеры

Разме-

Режимы

Число

Глуби-

Толщина стенки

опыта

ка

заготов-

ры

обработки

разря-

на

вытяжки

мате-

ки

матри

дов

вытяж-

риала

цы

ки

D

S

d

r

U

C

W

n

h

s

мм

кВ

мкФ

кДж

мм

1.4.4. Содержание отчета

Отчет должен содержать краткое описание работы, эскизы схем вытяжки,

эскиз схемы измерения утонения материала и глубины вытяжки, таблицу с

результатами опытов, графики зависимостей h = f(W), Ds0 = f(h), Dsi = f(r),

выводы по работе.

64

Вопросы для самопроверки

1)В чем сущность электрогидравлического эффекта?

2)Какими энергетическими параметрами характеризуется импульсный электрический разряд в жидкости?

3)Почему разряд в замкнутом объеме жидкости приводит к возникновению большого квазистатического давления?

4)Как обеспечить возможно большую импульсную упругую деформацию стенок отливок под действием разряда?

5)Зачем нужен отсос воздуха при электрогидроимпульсной штамповке листовых материалов?

6)Какую роль играет подача воздуха вдоль стенок камеры при разряде в открытом воздухе?

7)Какое действие оказывает электрогидроимпульный разряд на протекание пластических деформаций в металле?

8)В чем преимущества и недостатки электрогидроимпульсной штамповки по сравнению с обычной штамповкой?

9)Сделайте сравнительный анализ вытяжки с прижимом и без прижима заготовки.

10)Исходя из возможностей электрогидроимпульсного разряда предложите восемь – десять областей его применения.

65

Лабораторная работа «Технологические возможности применения ультразвуковых методов

обработки»

1.1. Цель работы

Ознакомиться с технологическими возможностями ультразвуковых методов обработки и принципом работы ультразвуковых установок.

1.2. Теоретическая часть

1.2.1. Магнитострикционный эффект

Для осуществления ультразвуковой размерной обработки инструменту

необходимо сообщить колебания с частотой 19 - 21 кГц и амплитудой 10 - 50 мкм.

Создать такие колебания с помощью механических	или электромагнитны
вибраторов невозможно.
Единственно пригодным для таких целей оказываются магнитострикционные
вибраторы. В них используется явлениемагнитострикции,	т.е. способность

некоторых материалов изменять свои размеры в магнитном поле в зависимости от

напряженности этого поля. Наибольшие деформации материала происходят вдоль магнитных силовых линий. Магнитострикционными свойствами обладают все

ферромагнетики (железо, кобальт,		никель) и	различные		сплавы, например
железоалюминий, железо-кобальт и др.
Основной	характеристикой	магнитострикционных			свойств	материал
является зависимость между относительной деформацией e материала и медленно
изменяющейся	напряженностью H	магнитного	поля,	в	котором находится
материал. Зависимость e(H) называется статической				магнитострикционной
характеристикой.

66

Магнитострикционные характеристики некоторых материалов представлены

на рисунке 5.1.
Магнитострикционная		характеристика	является нелинейной			и	. четной
Четность характеристики означает, что направление деформаций не					зависит		от
направления вектора напряженности магнитного поля. Наибольшее						значение
относительной	деформации	называетсямагнитострикцией		насыщения eH.

Величина и характер проявления магнитострикционного эффекта зависит от химического состава материала, его структуры, напряженного состояния,

температуры и других условий.

e, 106		1
60			2
40
20		3
0
-20			4
-40
				Н, А/см
0	120	240	360
1 – сплав платины с железом, 2 – сплав кобальта с железом (пермендюр),
		3 – железо, 4 – никель

Рисунок 5.1 – Статические магнитострикционные характеристики некоторых материалов

67

1.2.2. Принцип действия и конструкция магнитострикционного вибратора ультразвуковой установки

Назначение вибратора – создавать механические колебания и передавать их
инструменту.
Магнитострикционный		вибратор (рисунок	5.2)	состоит	из
магнитострикционного пакета-преобразователя 3 с электрическими обмотками 2,
трансформатора 5 и	концентратора (волновода) 6.		Магнитострикционный
преобразователь крепится к герметичному корпусу4 с крышкой1. Для
уменьшения потерь на вихревые токи магнитострикционный пакет набирается из

тонких изолированных друг от друга пластин. Для отвода тепла вибратор охлаждается проточной водой.

Вода

1

2

Вода

3

4

5

6

Рисунок 5.2 – Магнитострикционный вибратор

68

Если на обмотки вибратора подать переменное напряжение от генератора, то

создается переменное магнитное . полеМагнитное поле вызывает

магнитострикционные деформации пакета. Величину этих деформаций можно

определить	по	статической	магнитострикционной	характеристике. Если
магнитное поле, создаваемое обмотками, изменяется по закону
		H (t) = H0 ×sin(2pft ),		(5.1)

где H0 - амплитудное значение напряженности магнитного поля, f - частота, t -

время, то рабочим участком магнитострикционной характеристики будет участок a – 0 - b (рисунок 5.3 а). Амплитуда механических продольных колебаний, т.е.

колебаний растяжения–сжатия магнитострикционного пакета, создаваемых таким полем, мала. Для увеличения амплитуды продольных колебаний целесообразно перейти на линейный участок магнитострикционной характеристики. Для этого на одну из обмоток подается постоянный , ткокторый создает постоянное

магнитное поле Hп. На другую обмотку подается переменное напряжение

(напряжение возбуждения) от генератора. Тогда результирующее магнитное поле будет изменяться по закону

H (t) = Hп + H0 ×sin(2pft ).	(5.2)
Рабочим участком станет участокe – c - d (рисунок 5.3	б). Амплитуда
продольных колебаний в этом случае значительно	, боднакольше еще
недостаточна для осуществления обработки.

	69
e		e
a	b
	H	H
	H
t
e	d	e
	c
	e
	H	H
t		H

Рисунок 5.3 – Амплитуда продольных колебаний вибратора:

а – при использовании переменного тока (нелинейный участок статической магнитострикционной характеристики); б – при использовании постоянного тока

(линейный участок статической магнитострикционной характеристики)

Чтобы	получить		механические		колебания		со	значительно	боль
амплитудой,	в	ультразвуковых		вибраторах		используется		явление резонанса.
Специфика продольных			колебаний стержня в резонансе состоит в том, что все
поперечные сечения стержня колеблются с одинаковой частотой и синфазно, но
амплитуды	их	колебаний		не одинаковы,		меняются		вдоль стержня	по

периодическому закону (в соответствии с рисунком5.4). В стержне образуется так называемая стоячая волна. При этом имеются сечения, амплитуда колебаний которых равна нулю (узлы стоячей волны), и сечения, где амплитуда колебаний максимальна (пучности стоячей волны).

70
y
x1
	l¤2
x1	l¤2
x1	l¤2
x2	x(y)

Рисунок 5.4 – Изменение амплитуды продольных колебаний по длине стержня

Для получения резонанса продольных колебаний в однородном стержне,

концы которого свободны, необходимо, чтобы длина стержняl была кратной длине полуволны l/2, т.е. должно выполняться условие

l = n × l / 2,

(5.3)

где n = 1, 2, … - целое число.

Длина волны l определяется скоростьюv распространения деформаций в стержне и частотой f их возбуждения:

l =	v	.	(5.4)
	f

Скорость распространения деформаций в стержне определяется выражением

v = E r ,

71

(5.5)

где E и r - соответственно

модуль

упругости(модуль

Юнга) и

плотность

материала стержня.

Сопоставляя эти формулы, можно

найти

длину

магнитострикционного

пакета и концентраторов ультразвукового вибратора, при которой на заданной

частоте возбуждения f обеспечивается резонанс:

n

l =

×

E

.

(5.6)

2 f

r

Необходимым

условием

резонанса

является

равенство

fчастоты

вынужденных колебаний и собственной частоты w0

колебаний стержня.

Частота собственных

продольных

колебаний стержня

со

свободным

концами определяется по формуле

w

=

v

× n.

(5.7)

0

2l

Из всего диапазона ультразвуковых частот ГОСТ выделяет для технических установок узкий диапазон22±1,5 кГц. Для обеспечения наименьших размеров колебательной системы длину ее элементов определяют по формуле(5.6) при n = 1.

Важная особенность продольных колебаний стержня в резонансе состоит в

следующем. Если соединить последовательно два или большее число стержней,

собственные частоты которых одинаковы и равны собственной частоте колебаний магнитострикционного пакета, то характер и форма колебаний в резонансе не изменяется (в соответствии с рисунком5.4). В каждом из этих элементов

72

образуется полуволна с амплитудой колебаний, равной нулю в середине стержня

(узлы волны) и максимальными амплитудами на концах этих элементо

(пучности волны). Таким способом можно передавать ультразвуковые колебания через волновод на нужное расстояние.

Еще одна важная особенность колебаний стержня в резонансе связана с тем,

что если стержень сужается по длине(рисунок 5.4), то амплитуда колебаний x2

конца стержня с меньшим сечением будет больше амплитуды колебаний x1 конца стержня с большим сечением. Такие стержни увеличивают амплитуду колебаний,

и их называют концентраторами.

Магнитострикционный пакет, присоединенные к нему концентраторы и инструмент для обработки составляют колебательную систему ультразвукового вибратора. Чтобы колебания не передавались на корпус, колебательная система крепится обычно в тех местах, где находится узел стоячей волны.

73

1.3. Применение ультразвуковых методов обработки в промышленности

1.3.1. Ультразвуковой метод очистки поверхностей деталей

При ультразвуковом методе очистки детали помещают в камеру(ванну) с

жидкой	средой. В	дно	или	стенки	ванны	встроены	магнитостриктор,
излучающие ультразвуковые волны в раствор.
Колебания частотой 15 … 20 кГц и					амплитудой до10 мкм создают в
жидкостной среде давление до 1 МПа и возбуждают акустическую кавитацию на
поверхности деталей. Жидкостная среда содержит мельчайшие газовые и паровые
пузырьки,	а также	загрязнения в		виде	несмачиваемых твердых частиц. Эти

пузырьки и частицы нарушают сплошность жидкости, снижают прочность ее сцепления и играют роль зародышей кавитации. Ультразвуковая волна создает в жидкости локальные очаги переменного давления. Понижение давления в

окрестности пузырька вызывает его рост, а повышение давления заставляет его

«захлопнуться». При «захлопывании» бесчисленного множества пузырьков

возникает резкое повышение давления и температуры в малых объемах з

мгновенный промежуток времени– по существу, взрывы большой

разрушительной силы, в результате чего происходит эрозия и упрочнение поверхностного слоя деталей. В первую очередь разрушаются расположенные на поверхности детали ликвиды и происходит их отслаивание. При пропускании

через	жидкость		сжатого воздуха	кавитация	на	поверхности	деталей рез
возрастает,		что	позволяет увеличить интенсивность обработки. Наряду с
эффектом кавитации ультразвуковые волны, проходя через жидкость и ударяясь о
стенки	деталей,		способствуют отделению (смыванию)			отслоенных	и слабо
скрепленных с поверхностью загрязнений. Одновременно на границе металла с
жидкостью		происходит интенсивная коагуляция аэрозолей и гидрозолей
широком		диапазоне коагулирующих		частиц(0,1 …	2	мкм), способствующая

разъеданию жировых и масляных пленок на поверхности детали и удалению их в раствор.

			74
При	ультразвуковой		очистке	применяют		различные	.растворыДля
обезжиривания		деталей, изготовленных		из	любых	материалов, применяют
органические		растворители –	трихлорэтилен, бензин,			ацетон, бензиново-
спиртовую	смесь, а также		различные		водные	щелочные	раство. Приы

добавлении в раствор абразивных зерен ультразвуковая очистка превращается в один из видов отделочно-зачистной обработки и позволяет снимать заусенцы и облой на деталях, производить шлифование и полирование поверхностей.

1.3.2. Ультразвуковая сварка полимерных материалов

Процесс ультразвуковой сварки основан на превращении механических

колебаний		волновода в		тепловую	энергию на .стыкеПодвод механической
энергии ультразвуковых колебаний осуществляется за счет контакта излучающей
поверхности		волновода		со	свариваемыми		. деталямиТакой	контакт
обеспечивается статическим давлением pст рабочего торца волновода.
За	счет		трения, вызванного		возвратно-поступательным			движением
контактирующих			поверхностей,		слои	контактирующих		материало
разогреваются. Поверхностные слои свариваемых деталей под воздействием
давления pст		и разогрева начинают пластически деформироваться, между ними
происходит		схватывание.		Подвод	энергии	от	волновода	может	б
односторонним или двухсторонним(рисунок 5.5						а, б). По	характеру	передачи
энергии к	границе		раздела свариваемых деталей ультразвуковая сварка может
быть контактной (в ближнем поле) и передаточной (в дальнем поле).

75

Pст

Рст

S

Pст

a

б

в

г

д

Рисунок 5.5 – Основные схемы ультразвуковой сварки:

а– с двусторонним подводом энергии;

б– прессовая с односторонним подводом энергии;

в– контактная непрерывная;

г– передаточная;

д– виды разделки кромок

			76
Контактная сварка обычно применяется для соединения мягких пластмасс
малой толщины (пленок) (рисунок			5.5	в).	Объясняется	это	тем, что мягкие
пластмассы	характеризуются		низким		модулем		упругости	и	бо
коэффициентом затухания колебаний. Поэтому сварное							соединение	можно
получить на малом удалении от плоскости ввода колебаний.
Передаточная		сварка обычно		применяется		для	соединения	жестки

пластмасс, так как они обладают высоким модулем упругости и низк коэффициентом затухания колебаний. В этом случае сварное соединение можно

получить	на большом удалении от поверхности ввода		колебаний. Ввод
механических колебаний может осуществляться в точке		или	на небольшом
участке	поверхности детали(рисунок 5.5 г). Концентрация	динамических

напряжений в зоне сварки может достигаться путем создания искусственных концентраторов и является в большинстве случаев необходимым условием для образования сварного соединения. Наиболее распространенные способ создания искусственных концентраторов – это разделка кромок (в соответствии с рисунком

5.5 д), либо увеличение шероховатости контактирующих поверхностей.

По признаку взаимного перемещения инструмента и изделия ультразвуковая

сварка разделяется на прессовую и непрерывную. Прессовая сварка (рисунок 5.5

б) выполняется за одно рабочее движение волновода. С ее помощью получают

точечные, прямолинейные и замкнутые швы различной конфигурации. Этим

способом хорошо свариваются винипласт, полиэтилен, полистирол,

полиметилметакрилат, ткани из синтетических волокон.

Непрерывная сварка (рисунок 5.5 в) обеспечивает получение непрерывных

протяженных швов за счет относительного перемещения волновода

свариваемого изделия. Она используется для сварки изделий из полимерных пленок и синтетических тканей.

77

1.4. Методика выполнения работы

1.4.1.Приборы, оборудование, материалы

1)Компрессор.

2)Установка для ультразвуковой сварки пластмассовых деталей.

3)Установка для ультразвуковой очистки.

4)Пластмассовые детали для ультразвуковой сварки.

5)Детали для ультразвуковой очистки.

1.4.2.Последовательность выполнения работы

Изучить теоретическую часть лабораторной работы.

1)Под руководством преподавателя или учебного мастера выполнить:

-ультразвуковую сварку образцов из различных материалов;

-ультразвуковую очистку предложенных деталей.

2)Оформить отчет по лабораторной работе.

1.4.3.Содержание отчета

1)Указать цель работы.

2) Привести

перечень

используемого

оборудования

и

его

основн

характеристики (напряжение питания, выходная мощность, частота резонансных

колебаний).

3)Привести эскиз магнитострикционной головки.

4)Привести схемы основных способов ультразвуковой сварки.

5)Сделать выводы о возможных областях применения ультразвуковых методов обработки.

78

Вопросы для самопроверки

1)Назовите возможные источники ультразвуковых колебаний.

2)Какой диапазон частот используется для ультразвуковой обработки материалов?

3)В чем сущность магнитострикционного эффекта?

4)Что такое статическая магнитострикционная характеристика?

5)Требования, предъявляемые к длине магнитострикционного пакета ультразвукового вибратора.

6)Для чего необходимо охлаждать магнитострикционную головку?

7)	Назовите	виды	ультразвуковой	обработки, применяемой	в
промышленности.
8)	В чем особенности процесса ультразвуковой сварки деталей?
9)	Какие процессы происходят в жидкости при наложении				на
ультразвуковых колебаний?
10)	Каковы особенности процесса ультразвуковой очистки деталей?

79

Приложение А (справочное)

Интегральная функция нормированного нормального закона распределения

				1				t		t 2
			F(t) =					× òe-			dt
										2			(А.1)
						2p
Таблица А.1							0
t	Φ(t)	t	Φ(t)	t					Φ(t)			t	Φ(t)
0,00
0,01	0,0040	0,31	0,1217	0,72					0,2642			1,80	0,4641
0,02	0,0080	0,32	0,1255	0,74					0,2703			1,85	0,4678
0,03	0,0120	0,33	0,1293	0,76					0,2764			1,90	0,4713
0,04	0,0160	0,34	0,1331	0,78					0,2823			1,95	0,4744
0,05	0,0199	0,35	0,1368	0,80					0,2881			2,00	0,4772
0,06	0,0239	0,36	0,1406	0,82					0,2939			2,10	0,4821
0,07	0,0279	0,37	0,1443	0,84					0,2995			2,20	0,4861
0,08	0,0319	0,38	0,1480	0,86					0,3051			2,30	0,4893
0,09	0,0359	0,39	0,1517	0,88					0,3106			2,40	0,4918
0,10	0,0398	0,40	0,1554	0,90					0,3159			2,50	0,4938
0,11	0,0438	0,41	0,1591	0,92					0,3212			2,60	0,4953
0,12	0,0478	0,42	0,1628	0,94					0,3264			2,70	0,4965
0,13	0,0517	0,43	0,1654	0,96					0,3315			2,80	0,4974
0,14	0,0557	0,44	0,1700	0,98					0,3365			2,90	0,4981
0,15	0,0596	0,45	0,1736	1,00					0,3413			3,00	0,4986
0,16	0,0636	0,46	0,1772	1,05					0,3531			3,20	0,4993
0,17	0,0675	0,47	0,1808	1,10					0,3643			3,40	0,4997
0,18	0,0714	0,48	0,1844	1,15					0,3749			3,60	0,4998
0,19	0,0753	0,49	0,1879	1,20					0,3849			3,80	0,4999
0,20	0,0793	0,50	0,1915	1,25					0,3944			4,00	0,5000
0,21	0,0832	0,52	0,1985	1,30					0,4032			4,50	0,5000
0,22	0,0871	0,54	0,2054	1,35					0,4115			5,00	0,5000
0,23	0,0910	0,56	0,2123	1,40					0,4192
0,24	0,0948	0,58	0,2190	1,45					0,4265
0,25	0,0987	0,60	0,2257	1,50					0,4332
0,26	0,1026	0,62	0,2324	1,55					0,4394
0,27	0,1064	0,64	0,2389	1,60					0,4452
0,28	0,1103	0,66	0,2454	1,65					0,4505
0,29	0,1141	0,68	0,2517	1,70					0,4554
0,30	0,1179	0,70	0,2580	1,75					0,4599

80

Приложение Б (справочное)

Точность обработки

Таблица Б.1 – Среднестатистические				погрешности			механической			обработки
на токарно-револьверных станках
Способ обеспечения	Про-	Шерохова-					Точность
точности	ходы	тость, мкм
		Rz		Ra	Диамет-		Осевые размеры, мм
					ральные
							до	80-	260	св.
					размеры,		80	260	-	500
						IT			500
Резцом по упорам от	1	80 - 40		-	12	- 13	0,25	0,30	0,35	0,40
установочных баз
	2	-		2,5	10		0,15	0,17	0,20	0,25
Резцом от настроечной	1	80 - 40		-	12	- 13	0,30	0,35	0,40	0,45
базы между позициями
	2	-		2,5	11		0,20	0,25	0,30	0,35
Между резцами в	1	80 - 40		-	12	- 13	0,12	0,17	0,20	0,25
многорезцовой державке
	2	-		2,5	10		0,08	0,10	0,12	0,15
Фасонным резцом	1	20		-	10		0,02	0,04	-	-
Сверление глухих
отверстий: по лимбу	-	80		-	12	- 13	0,15	0,20	0,30	-
по упорам
	-	80		-	12	- 13	0,10	0,15	0,20	-
Зенкерование после
сверления	-	40		-	10	- 11	-	-	-	-
Развертывание	-	-		2,5	6	- 7	-	-	-	-

81

Таблица Б.2 - Допуски (в микрометрах) размеров для 7 … 14-го квалитетов

точности

Интервал размеров,			Квалитет
мм
			7	8	9	10	11	12	13	14
От 1 до		3	10	14	25	40	60	100	140	250
Св. 3 до		6	12	18	30	48	75	120	180	300
Св. 6 до		10	15	22	36	58	90	150	220	360
Св.10 до		18	18	27	48	70	110	180	270	430
Св.18 до		30	21	33	52	84	130	210	330	520
Св.30	до	50	25	39	62	100	160	250	390	620
Св.50	до	80	30	46	74	120	190	300	460	740
Св.80	до 120		35	54	87	140	220	350	540	870

82

Приложение В (справочное)

Библиографический список рекомендуемой литературы

Технология машиностроения: в 2 кн. Кн. 1. Основы технологии машиностроения

[Текст]: учеб. пособие для вузов / Э.Л. Жуков, И.И.Козарь, С.Л.Мурашкин и др.;

под ред С.Л.Мурашкина. – М.: Высш. шк., 2003. – 278 с.

Маталин, А. А. Технология машиностроения [Текст]: учеб. / А. А. Маталин. - Л.:

Машиностроение, 1985. - 512 c.

Митрофанов, С.П. Научные основы групповой технологии [Текст] /

С.П.Митрофанов. – Л.: Лениздат, 1986.

ГОСТ 3.1109-82 ЕСТД. Термины и определения основных понятий [Текст].

ГОСТ 3.1121-84 ЕСТД. Общие требования к комплектности и оформлению комплектов документов на типовые и групповые технологические процессы

(операции) [Текст].

83

Учебное издание

Кувалдин Юрий Иванович Перевощиков Владимир Дмитриевич Фоминых Валерий Васильевич

Технология машиностроения

Лабораторный практикум