RU2191673C2 - Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов - Google Patents

Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2191673C2
RU2191673C2 RU2000133144/02A RU2000133144A RU2191673C2 RU 2191673 C2 RU2191673 C2 RU 2191673C2 RU 2000133144/02 A RU2000133144/02 A RU 2000133144/02A RU 2000133144 A RU2000133144 A RU 2000133144A RU 2191673 C2 RU2191673 C2 RU 2191673C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grinding tool
ultrasonic
machined
article
abrasive
Prior art date
Application number
RU2000133144/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000133144A (ru
Inventor
С.П. Андриец
вска О.А. Бел
О.А. Белявская
А.И. Толмачев
В.А. Клименов
А.В. Лавренков
П.А. Городищенский
Н.П. Коломеец
Н.В. Дедов
Original Assignee
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" filed Critical Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Priority to RU2000133144/02A priority Critical patent/RU2191673C2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2191673C2 publication Critical patent/RU2191673C2/ru
Publication of RU2000133144A publication Critical patent/RU2000133144A/ru

Links

Landscapes

  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ультразвуковой алмазно-абразивной обработке поверхностей плоских деталей из труднообрабатываемых хрупких материалов и может быть использовано в точном машино- и приборостроении, а также в сантехническом производстве и других отраслях промышленности. Абразивную пасту или суспензию подают в зазор между обрабатываемой деталью и инструментом-шлифовальником. Последнему сообщают продольные колебательные движения и дополнительно возвратно-поступательное перемещение на расстояние, кратное длине полуволны ультразвуковых колебаний, но не более длины инструмента-шлифовальника. Направление его перемещения совпадает с направлением ультразвуковых колебаний. Детали сообщают вращательное движение вокруг оси, перпендикулярной обрабатываемой поверхности. Прижим детали к инструменту-шлифовальнику осуществляют с усилием, не превышающим величин поверхностного натяжения абразивной пасты или суспензии с поверхностями инструмента-шлифовальника и обрабатываемой детали. Такие действия повышают качество обработки поверхности хрупкого материала за счет уменьшения величины нарушенного поверхностного слоя, а также снижают трудоемкость процесса шлифовки и полировки поверхности хрупких материалов.

Description

Изобретение относится к технологическому применению ультразвука, а именно к алмазно-абразивной обработке поверхности плоских деталей из труднообрабатываемых хрупких материалов, к которым предъявляются высокие требования по износостойкости, чистоте поверхности, плоскостности, и может быть использовано в точном машино- и приборостроении, а также в сантехническом производстве и других отраслях промышленности.
Известен способ финишной ультразвуковой обработки хрупких материалов [1] , заключающийся в том, что прижим абразивного инструмента к детали осуществляют с усилием, не превышающим значение составляющей динамической силы, перпендикулярной обрабатываемой поверхности, а амплитуду колебаний берут равной 1/8-1/10 величины среднего размера зерна в инструменте. Абразивный инструмент, связанный с преобразователем ультразвуковых колебаний, подводят к обрабатываемой детали, поджимают до касания с деталью при помощи механизма поджима. На абразивном инструменте возбуждают ультразвуковые колебания, перпендикулярные к поверхности детали, касательные и крутильные в плоскости обработки поверхности детали.
Недостатком известного способа является наличие составляющей ультразвуковых колебаний, направленной перпендикулярно к поверхности обрабатываемой детали, что способствует формированию нарушенного слоя при обработке хрупких материалов. Кроме того, небольшие по величине амплитуды колебаний инструмента дают возможность удалять лишь тонкие слои материала толщиной от единиц и десятков микрометров, что не позволяет использовать способ как производительный универсальный для шлифовки и полировки хрупких материалов. Способ предполагает закрепление детали на шаровой опоре, например, клеевым соединением, что вносит необходимость вспомогательных операций приклеивания, затем отклеивания, очистки поверхности от клея.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ ультразвукового шлифования [2] с подачей абразивной суспензии на обрабатываемую поверхность детали, расположенной на пластине-шлифовальнике, присоединенной к ультразвуковой головке. Ультразвуковая головка представляет собой двухсторонний магнитострикционный преобразователь с криволинейными волноводами-концентраторами, соединенными в замкнутую систему. Возникающие на двух торцах преобразователя упругие колебания передаются на шлифовальник-пластину, размер которой кратен полудлине волны ультразвуковых колебаний. Конструктивное исполнение ультразвуковой головки обеспечивает получение ультразвуковых колебаний на пластине-шлифовальнике параллельно обрабатываемой поверхности.
Недостатком этого способа является необходимость нанесения на поверхность пластины-шлифовальника канавок в виде сеток с квадратными ячейками для обеспечения явления кавитации. Причем площадь ячеек должна выбираться оптимальной для обеспечения максимальной скорости диспергирования.
Размещение обрабатываемой детали при этом способе не предусматривает обеспечения плоскостности обрабатываемой поверхности. Криволинейность волноводов-концентраторов снижает долговечность конструкции.
Задачей данного изобретения является разработка способа ультразвуковой обработки хрупких материалов с тем, чтобы достичь повышения качества обработки поверхности хрупкого материала за счет уменьшения величины нарушенного поверхностного слоя, а также снижения трудоемкости процесса ультразвуковой обработки поверхности хрупких материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе ультразвуковой обработки хрупких материалов абразивную пасту или суспензию подают в зазор между обрабатываемой деталью и инструментом-шлифовальником, совершающим продольные ультразвуковые колебательные движения, при этом инструменту-шлифовальнику сообщают дополнительно возвратно-поступательное перемещение на расстояние, кратное длине полуволны ультразвуковых колебаний, но не более длины инструмента-шлифовальника, направление перемещения которого совпадает с направлением ультразвуковых колебаний, детали сообщают вращательное движение вокруг оси, перпендикулярной обрабатываемой поверхности, и прижим детали к инструменту-шлифовальнику осуществляют с усилием, не превышающим величины поверхностного натяжения абразивной пасты или суспензии с поверхностями инструмента-шлифовальника и обрабатываемой детали.
Максимальный съем материала детали происходит в зоне максимальной амплитуды колебаний инструмента-шлифовальника (волновода). Одновременно со съемом материала детали происходит и съем материала инструмента-шлифовальника. Если обработку детали производить без перемещения инструмента-шлифовальника, остается углубление, рельеф от детали, рабочая поверхность инструмента нарушается, что не позволяет обеспечивать дальнейшую обработку детали с гарантией достижения характеристик по классу шероховатости и плоскостности.
Расстояние перемещения инструмента-шлифовальника выбирается не более его длины с тем, чтобы обеспечить касание обрабатываемой поверхности детали с рабочей гранью инструмента-шлифовальника в течение всего рабочего цикла предлагаемого способа.
Длина инструмента-шлифовальника выбрана равной или кратной длине полуволны ультразвуковых колебаний с целью обеспечения максимального воздействия на обрабатываемую поверхность детали ультразвуковых колебаний в зонах максимальной амплитуды полуволны, резонансной настройки инструмента-шлифовальника (волновода), а также снижения усталостных явлений в волноводе, приводящих к его разрушению [3].
Направление перемещения инструмента-шлифовальника должно совпадать с направлением ультразвуковых колебаний с целью исключения или максимального снижения перпендикулярных к обрабатываемой поверхности ударов, наиболее опасных для хрупких материалов, вызывающих образование глубокого нарушенного поверхностного слоя [4].
Детали сообщают вращательное движение вокруг оси, перпендикулярной обрабатываемой поверхности для обеспечения перекатывания абразивных зерен между инструментом-шлифовальником и обрабатываемой поверхностью [5] . При отсутствии вращательного движения детали абразивная обработка происходит локально, не по всей поверхности детали.
Прижим детали к инструменту-шлифовальнику осуществляют с усилием, не превышающим величин поверхностного натяжения абразивной пасты (суспензии) к поверхностям инструмента-шлифовальника и обрабатываемой детали. Таким образом создается условие для постоянного в процессе ультразвуковой абразивной обработки заполнения зазора между поверхностью детали и поверхностью инструмента-шлифовальника пастой (суспензией). В случае превышения давления суспензия (паста) выдавливается из зазора и абразивная обработка детали не происходит.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Магнитострикционный преобразователь типа ПМС с инструментом-шлифовальником, изготовленным из стали 45, закрепляется таким образом, что рабочая грань инструмента-шлифовальника выставляется горизонтально. Для выбранной конструкции инструмента-шлифовальника максимальная амплитуда колебаний наблюдалась на двух противоположных концах волновода. С помощью шаровой опоры шайба из высокоглиноземистой керамики ВК 94-1 размещалась обрабатываемой поверхностью на рабочую грань инструмента-шлифовальника. Абразивная ультразвуковая обработка керамической шайбы производилась суспензией, приготовленной смешиванием пасты АСМ 1/0 с вакуумным маслом в объемном соотношении 1: 1. Дозировка суспензии осуществлялась с помощью шприца через отверстие в трубке, соединяющейся с воронкой над отверстием в шаровой опоре. Керамической шайбе через вал сообщалось вращательное движение от электродвигателя марки РД-09 со скоростью 30 об/мин. Скорость возвратно-поступательного движения инструмента-шлифовальника составляла 0,12 м/мин.
Давление на керамическую шайбу выбиралось, исходя из требования постоянного нахождения слоя суспензии в зазоре между обрабатываемой поверхностью и рабочей гранью инструмента-шлифовальника, регулировалось с помощью пружин и составляла 120-180 г/см2. Рабочий цикл предлагаемого способа по времени 25-30 мин. Качество обработанной поверхности характеризуется классом шероховатости ▽12, отклонение от плоскостности - 0,001 мм. При этом производительность обработки по предлагаемому способу увеличивается в среднем в 4-5 раз по сравнению с абразивной обработкой без применения ультразвуковых колебаний.
Источники информации
1. А.с. СССР 1576283, В 24 В 1/04, 1987.
2. В.Л.Щичилин и др. Ультразвуковое шлифование абразивно-алмазным инструментом новых конструкционных материалов. Л., 1969, с.4-7 (прототип).
3. О. В.Абрамов, И.Г.Хорбенко, Ш.Швегла. Ультразвуковая обработка материалов. М., 1984, с.27.
4. Алмазно-абразивная доводка деталей. (Обзор) М., 1972, с.10.
5. Н.Качалов. Технология шлифовки и полировка листового стекла, 1958, с. 82.

Claims (1)

  1. Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов абразивной пастой (суспензией), подаваемой в зазор между обрабатываемой деталью и инструментом-шлифовальником, совершающим продольные колебательные движения, отличающийся тем, что инструменту-шлифовальнику сообщают дополнительно возвратно-поступательное перемещение на расстояние, кратное длине полуволны ультразвуковых колебаний, но не более длины инструмента-шлифовальника, направление перемещения которого совпадает с направлением ультразвуковых колебаний, детали сообщают вращательное движение вокруг оси, перпендикулярной обрабатываемой поверхности, и прижим детали к инструменту-шлифовальнику осуществляют с усилием, не превышающим величин поверхностного натяжения абразивной пасты или суспензии с поверхностями инструмента-шлифовальника и обрабатываемой детали.
RU2000133144/02A 2000-12-28 2000-12-28 Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов RU2191673C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000133144/02A RU2191673C2 (ru) 2000-12-28 2000-12-28 Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000133144/02A RU2191673C2 (ru) 2000-12-28 2000-12-28 Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2191673C2 true RU2191673C2 (ru) 2002-10-27
RU2000133144A RU2000133144A (ru) 2002-12-20

Family

ID=20244228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000133144/02A RU2191673C2 (ru) 2000-12-28 2000-12-28 Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2191673C2 (ru)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЩИЧИЛИН В.М. и др. Ультразвуковое шлифование абразивно-алмазным инструментом новых конструкционных материалов. - Л.: ЛДНТП, 1969, с.4-7. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suzuki et al. Ultraprecision micromachining of hardened steel by applying ultrasonic elliptical vibration cutting
CN1373698A (zh) 采用超声振动的微抛光装置
Yan et al. Machinability improvement in three-dimensional (3D) ultrasonic vibration assisted diamond wire sawing of SiC
CN109079255A (zh) 一种超声振动辅助高效滚齿加工的系统及使用方法
CN1843692A (zh) 重叠振动复合磨料加工方法及装置
Li et al. Chemo-mechanical manufacturing of fused silica by combining ultrasonic vibration with fixed-abrasive pellets
Balamuth Ultrasonic assistance to conventional metal removal
RU2191673C2 (ru) Способ ультразвуковой обработки хрупких материалов
KR100491625B1 (ko) 초음파 진동 복합 가공구
CN2875698Y (zh) 重叠振动复合磨料加工装置
Li et al. Theoretical investigation of vertical elliptic vibration-assisted grinding (EVAG) technology
KR100417643B1 (ko) 초음파 진동공구를 이용한 금형 다듬질 자동화장치
JPH03234451A (ja) ねじり振動を利用した研摩法
JPH0120035B2 (ru)
JPH0624691B2 (ja) 砥石の複合振動によるワーク表面の精密表面研摩加工方法
JPS6362659A (ja) 複合振動砥石による精密仕上加工方法
Wu et al. Surface formation characteristics in elliptical ultrasonic assisted grinding of monocrystal silicon
SU1576283A1 (ru) Способ финишной ультразвуковой обработки
Choi et al. Design of ultrasonic horn for grinding using finite element method
Spur et al. Ultrasonic machining of ceramics
RU2146599C1 (ru) Устройство для крепления шлифовального круга
JPH07164288A (ja) 超音波振動研削方法、超音波振動研削工具、及び超音波振動研削加工装置
JPS6362660A (ja) 複合振動砥石による精密仕上加工方法
RU2146587C1 (ru) Способ шлифования
Tawakoli et al. New developments in ultrasonic-assisted grinding and dressing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051229