Файл: Волосатов, В. А. Ультразвуковая обработка.pdf

Глава III

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Для осуществления формообразования деталей при размерной ультразвуковой обработке применяют специ­ альные инструменты. Ниже рассмотрены основные во­ просы их конструкции и изготовления.

10. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Типы инструментов. Применяемые на практике ульт­ развуковые инструменты конструктивно разделяют нэ цельные, изготовляемые зацело с концентратором, л сменные, присоединяемые к концентраторам на резьбе или пайкой. Первые позволяют получить на рабочем торце наибольшую амплитуду, что весьма важно при об­ работке твердых сплавов и других плохо обрабатываемых ультразвуковым резанием материалов. Однако приме­ нение таких концентраторов-инструментов целесообраз­ но, как правило, только в условиях штучного производ­ ства, когда нет надобности в многократном их изготов­ лении из-за ограниченной стойкости рабочей части ин­ струмента.

Более широкое применение имеют сменные ультразву­ ковые инструменты, позволяющие изготовлять большое количество деталей, не заменяя концентратора и не из­

чем цельных концентраторов-инструментов. Ниже в ос­ новном рассматриваются сменные ультразвуковые инст­ рументы.

По своему технологическому назначению различают одноместные и многоместные инструменты. Первые осу­

79

нескольких. В связи с определенной спецификой одно­ местных и многоместных (групповых) инструментов рассмотрение их конструктивных особенностей разде­ лено.

Одноместные инструменты. Выше, на рис. 34, были приведены конструкции сменных одноместных инстру­ ментов, соединяемых с концентраторами на резьбе, а на рис. 35 — соединяемых пайкой.

Для обеспечения хорошего акустического контакта в месте соединения инструмента с концентратором со­ ответствующая поверхность сменного инструмента долж­ на быть хорошо шлифована (с чистотой не ниже V8) или притерта. С этой же целью резьбу на хвостовике ин­

и инструмента. Практика показала, что такое соедине­ ние позволяет избежать потерь в месте соединения кон­ центратора и инструмента и получить интенсивную кон­ центрацию ультразвуковой энергии на рабочем инстру­ менте.

На резьбовом хвостовике инструментов не допуска­ ются проточки (канавки) под выход резьбы, так как они могут явиться причиной поломки хвостовика. Для обе­ спечения плотного прилегания инструмента к концентра­ тору резьбовое отверстие последнего должно иметь зен­ ковку нужного размера под сбег резьбы на хвостовике инструмента. Длина резьбовой части инструмента долж­ на быть не менее полутора диаметров ее; это обеспечи­ вает надежное соединение инструмента с концентрато­ ром и предотвращает преждевременную поломку резь­

ния. Место перехода от резьбы хвостовика к торцу должно быть скруглено под небольшим радиусом; при резком переходе в этом месте часты поломки.

Лучшей конструкцией резьбового соединения инстру­ мента с концентратором является соединение посредст­ вом резьбовой шпильки. В этом случае инструмент не имеет резьбового хвостовика и поэтому его торец, со­ прягаемый с концентратором, можно тщательно отшли­ фовать или притереть. При наличии же резьбового хво­ стовика у инструментов выполнить эту операцию техно­ логически сложно. Поэтому в месте соединения таких

80

что обеспечивает получение на инструменте большей ам­ плитуды колебаний. Резьбовое крепление таких инстру­ ментов, как правило, неосуществимо из-за необходи­ мости выполнения внутреннего (рабочего) профиля на всю толщину инструмента.

В случае технологических трудностей изготовления профильных инструментов задело с фланцем можно сде­ лать фланец отдельно, соединив его с рабочей частью пайкой твердыми припоями.

Наружный (нерабочий) контур сложнопрофильных инструментов для вырезания деталей должен быть экви­ дистантным внутреннему (рабочему) профилю, так как при соблюдении этого условия боковые составляющие колебаний будут минимальны, а износ рабочего торца инструмента — равномерным.

Для обработки отверстий в деталях из твердых хруп­ ких материалов целесообразно применять инструменты, рабочая часть которых вставляется в наконечник (см. рис. 34,г) по тугой посадке (без пайки). Работоспособ­ ность таких инструментов проверена на станках мощ­ ностью 0.2 кет при обработке отверстий диамет­ ром от 1,5 до 2,5 мм в пьезокварцевых датчиках толщи­ ной 2 мм.

Для обработки мелких отверстий в деталях из мииералокерамики в НИАТе применялись инструменты из нержавеющей стали, вставленные в отверстие на торца

до 0,4—0,5 мм, в зависимости от диаметра обрабатывае­ мого отверстия. Такими инструментами обрабатывались отверстия и пазы глубиной до 5 мм. Инструменты рабо­ тали без разрушения до полного износа, при этом по­ тери акустической мощности в месте соединения инст­

ментов сокращает трудоемкость их изготовления за счет ликвидации пайки.

Ультразвуковые инструменты для получения рель­ ефно-художественных изображений обычно представ-

82

ляют собой диски толщиной от 6—8 до 15—20 мм, за­ крепляемые на концентраторах пайкой или на резьбе. На их рабочей части в зеркальном или прямом виде на­ носится нужный рисунок. Плоскость, припаиваемая к концентратору, обрабатывается с чистотой около V3 для лучшего сцепления с припоем. Для этой же цели на этой плоскости надо нанести риски или канавки глуби­ ной до 0,5 мм.

Групповые инструменты. Одним из прогрессивных направлений в технологии ультразвуковой размерной обработки является применение многоместных (группо­ вых) инструментов, позволяющих одновременно обра­ ботать несколько деталей или их элементов, например отверстий. Это резко снижает трудоемкость изготовле­ ния деталей и повышает эффективность ультразвуковой обработки.

В то же время ультразвуковая обработка деталей многоместными инструментами имеет определенную спе­ цифику. В первую очередь это относится к конструкции самого инструмента и технологии его изготовления и отладки.

Изготовление многоместных инструментов, как пра­ вило, сложнее и дороже, чем индивидуальных. Поэтому такие инструменты целесообразно применять при серий­ ном и массовом изготовлении деталей, когда некоторое увеличение стоимости их изготовления будет оправдано экономией, полученной от снижения трудоемкости изго­ товления деталей.

Применение многоместных инструментов зачастую оправдано при изготовлении миниатюрных деталей с большим числом отверстий или пазов, индивидуальная обработка которых представляет технологические труд­ ности и отнимает много времени.

Групповой инструмент, приведенный на рис. 43, а, применяется для вырезания из одной плоской заготовки одновременно нескольких деталей круглой формы. На рабочем торце такого инструмента выполняется несколь­ ко рядов отверстий d, располагаемых в шахматном по­ рядке. Преимуществом такого инструмента является простота его изготовления. Однако из-за необходимости оставлять между соседними отверстиями и краями обой­ мы сравнительно большие перемычки, величина которых обусловливается механической прочностью материала инструмента, глубиной и диаметром отверстий, раскрой

83

получается, как» правило, неэкономичным, с большим процентом отходов. Последнее подчас неприемлемо вследствие значительной стоимости многих обрабаты­ ваемых ультразвуковым методом материалов.

Другим недостатком такого инструмента, также яв­ ляющимся следствием больших перемычек, является

С целью обеспечения равномерного износа такого ин­ струмента необходимо соблюдать равенство перемычек между отверстиями и краями обоймы. Этому контуру обоймы часто придают фасонную форму (многогран­ ника).

Групповые инструменты, изготовляемые из цельной заготовки (рис. 43,6), предназначаются для обработки пазов, щелей и других элементов некруглой формы. Они трудоемки в изготовлении и поэтому применение их ограничивается единичным и опытным производством.

84

Групповые сборные инструменты наиболее распрост­ ранены в ультразвуковой технологии. Обойма (рис. 43, в) изготовляется со специальным углублением под пайку. Стенки углубления имеют скосы, обеспечивающие хоро­

вый набор калиброванных никелевых трубок с толщи­ ной стенки до 0,2—0,3 мм. Трубки запаивают в сталь­ ную обойму. Такие инструменты можно успешно при­ менять для вырезания круглых заготовок диаметром до 6—8 мм.

Область практического применения многоместных групповых инструментов не ограничивается сказанным. Так, достаточно эффективно применяются многолезвий­ ные инструменты для раскроя полупроводников (см. ни­ же, стр. 177); известно применение инструмента для одновременного вырезания 1024 пьезодатчиков диамет­ ром 1,2 мм (рис. 44, см. вкладку) '.

Групповые инструменты трубчатого типа можно при­ менять и для вырезания разных по диаметру деталей. Для этой цели в обойму запаивают трубки соответст­ вующего диаметра. При конструировании такого инстру­ мента необходимо стремиться к симметричному распо­ ложению различных по диаметру трубок, чтобы по воз­ можности избежать боковых колебаний инструмента.

В качестве пустотелого инструмента применяют иглы от медицинских шприцев с наружным диаметром 0,2—

1 Инструмент предложен и внедрен Ю. А. Шигаревым.

85