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

одновременно 50 отверстий диаметром 0,4 мм. Примене­ ние таких игл упрощает и удешевляет стоимость изго­ товления инструмента; стойкость их в 3—5 раз выше стойкости аналогичных стальных инструментов.

Для раскроя полупроводниковых и других твердых хрупких материалов применяются групповые инстру­ менты, состоящие из набора впаянных в обойму тонких лезвий (толщиной 0,2—0,4 мм). Вылет такого инстру­ мента может доходить до 10—12 мм. На практике при­ меняются такие инструменты для одновременной раз­

инструмента не должны быть чрезмерно большими. Так, желательно, чтобы диаметр окружности, описывающей контур обоймы, не превышал диаметра выходного торца концентратора более чем в 1,5—2 раза. В противном случае отладить инструмент трудно: появляются боль­ шие боковые колебания инструмента, что приводит к по­ ломке деталей, снижению точности обработки и быстро­ му износу самого инструмента.

Масса инструмента всегда должна быть уравновеше­ на по отношению к оси колебательной системы. Вылет групповых инструментов, собранных из тонких игл или трубок, должен быть не более 5—6 мм, так как в про­ тивном случае жесткость его будет недостаточной, что вызовет неизбежные в этом случае (как и при неуравно­ вешенной массе) боковые составляющие колебаний.

Учет влияния массы сменного инструмента. Присо­ единение к концентратору резонансной длины сменного инструмента всегда приводит к изменению акустических параметров колебательной системы. При этом изменяет­

необходимо учитывать массу присоединяемого сменного инструмента. При этом необходимо иметь в виду, что увеличение длины и массы инструмента приводит к сни­ жению резонансной частоты; укорочение длины инстру­ мента (в частности, по мере его износа) повышает час­ тоту системы.

При определении влияния массы присоединяемого к концентратору инструмента на акустические параметры

86

колебательной системы можно рассмотреть следующие случаи [6]:

1.Масса инструмента мала, сечение инструмента меньше сечения концентратора (рис. 45, а).

2.Инструмент изменяет длину концентратора, но се­ чения их примерно равны (рис. 45,6).

3.Инструмент имеет поперечные размеры, превы­

нижней ступени полуволнового концентратора следует рассматривать как h + U=

Третий случай можно рассмотреть при S „ > 5 K . Здесь концентратор необходимо укоротить, срезав с него мас­ су, равную массе присоединяемого инструмента. Этот пример характерен для случая, когда к концентратору присоединяется групповой инструмент, размеры обоймы которого почти всегда больше диаметра выходного тор­ ца концентратора.

Как следует из сказанного, увеличение массы присо­ единяемого к концентратору инструмента приводит к необходимости уменьшать длину концентратора, чтобы сохранить у колебательной системы первоначальную (собственную) частоту преобразователя. По мере увели­ чения массы присоединяемого инструмента амплитуда колебаний уменьшается.

87

Встречаются случаи, когда размеры сечения инстру­ мента настолько велики, что становятся соизмеримы с длиной волны системы. При этом возникает неравномер­ ное распределение амплитуды на всей площади инстру­ мента и, как следствие, резко снижается скорость обра­ ботки (вплоть до полного прекращения) и увеличивается разбивка размеров детали; нередко неравномерное рас­ пределение амплитуды на всей площади инструмента

первоначально несколько ниже собственной частоты си­

ближаясь к номинальной, а затем превысит ее. Ампли­ туда колебаний инструмента сначала несколько воз­ растает, а затем, когда из-за износа инструмента резко повысится частота системы, заметно снизится. При этом резко снизится производительность.

Допустимое отклонение первоначальной и конечной

шей мощности. Исходя из этих соображений, при проек­ тировании ультразвуковых инструментов необходимо за­ ранее увеличивать их длину на 3—5 мм.

При подгонке системы в резонанс этот припуск час­ тично срезается, если частота системы с инструментом оказалась слишком низкой. Если же отклонение частоты системы с инструментом от собственной частоты преоб­

длина его сократится, но частота системы будет нахо­ диться в допустимых пределах. Таким образом, остав­ ленный припуск соответственно увеличит стойкость ин­ струмента.

В заключение отметим, что конструирование ультра­ звуковых инструментов, и особенно групповых инстру­ ментов, представляет собой довольно сложную задачу л требует определенного опыта. Кроме того необходимо

88

помнить, что точному аналитическому расчету инстру­ менты (особенно групповые) почти не поддаются. Все­ гда требуется их отладка и экспериментальная под­ гонка.

11. ФОРМА И РАЗМЕРЫ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ

Форма сечения рабочей части ультразвуковых инст­ рументов для вырезания деталей по наружному конту­ ру, обработки отверстий, пазов и щелей должна повто­ рять форму обрабатываемого контура детали. Форма ра­ бочего торца инструментов для обработки глухих поло­

Инструменты для обработки наружного контура де­ тали обычно выполняют полой конструкции. Внутренний контур такого инструмента является его рабочей ча­ стью. Инструменты для обработки сквозных отверсти;" могут быть цельными или полыми. Последние имеют большее распространение, так как повышают производи­ тельность обработки. Рабочей частью такого инструмен­ та является его наружный контур.

При конструировании полых инструментов даже сложной формы (см. рис. 42) необходимо стремиться, чтобы их наружный и внутренний контуры были эквиди­ стантны; в этом случае износ рабочей части инструмен­ табудет равномерным, а поперечные составляющие ко­ лебаний — минимальны. Толщина стенок профиля та­ кого инструмента должна составлять 1,0—1,5 мм. При такой толщине стенок достигается, как правило, опти­ мальная производительность процесса. Полная высота таких инструментов принимается равной б—10 мм, а толщина фланца — 2—3 мм.

Выше было сказано, что боковые поверхности обра­ батываемого контура детали при ультразвуковой обра­ ботке имеют конусную форму (со стороны входа инст­ румента). Для уменьшения этого конуса можно приме­ нять инструмент, имеющий уклон вертикальных стенок (рис. 46, а) по периметру. У торца такого инструмента оставляют цилиндрический поясок высотой 1—2 мм. Уклон стенок можно принимать примерно 1 : 10. При­ меняя такой инструмент, удается сократить величину конусности поверхностей кварцевых пластин диаметром 12 мм и толщиной 2 мм с 20' до 5' [30].

89

С целью сокращения переналадок инструмента при

ке таким инструментом сквозных отверстий можно полу­ чить высокую точность размеров изделия (до 2-го клас­ са). Разность диаметров черновой и калибрующей ча­ сти такого инструмента может составлять:

D 2 — Di«0,5 -5- l мм.

Конструктивно такой инструмент выполняется со­ ставным; кольцо насаживается на стержень инструмен­ та с максимальным натягом.

Рис. 46. Ультразвуковые инструменты:

а — с уклоном; 6 — комбинированный; в — ножевид - ный.

Для разрезания и раскроя заготовок применяется ин­ струмент ножевидной формы (рис. 46,б). Толщина лез­ вия должна быть минимально возможной, так как это дает экономию дорогостоящего сырья. Однако при этом надо учитывать прочность лезвия. Практически толщину лезвия принимают равной 0,2—0,8 мм.

Высоту рабочей части ультразвукового инструмента необходимо принимать по возможности меньшей, так как это повышает его жесткость и прочность. Однако здесь необходимо считаться с износом инструмента и назначать высоту рабочей части с таким расчетом, что­ бы обеспечить обработку максимально возможного ко­ личества деталей с заданными чертежом размерами.

При назначении исполнительных размеров сечения рабочей части инструмента необходимо учитывать мак­ симальную величину зерна данной фракции абразива и соответственно разбивку боковых стенок деталей. При этом нужно различать случаи обработки наружных и внутренних контуров детали. При обработке наружного

90