Файл: Панин, В. В. Применение ультразвука при обработке металлов (обзор).pdf

кого к нему по характеристике. Для подстройки частоты предусмотрена обратная акустическая связь излучателей с колебательным контуром генератора. В табл. 8 приведены технические характеристики ультразвуковых дегазаторов.

металла из одной емкости в другую предназначен ультразву­ ковой дегазационный желоб УЗД-ПМ.

Дегазатор позволяет снизить содержание водорода на 0.10—0,25 сж3/100 г при производительности 25—50 кг!мин.

В связи с тем, что именно при обработке жидкого металла УЗК предъявляются высокие требования к преобразователям, в этой области появляются новые конструктивные разработ-

18

кн [26]. Разработана и внедрена волноводная система с во­ доохлаждаемым медным излучателем.

Система водоохлаждепия обеспечивает необходимую ме­ ханическую прочность и магнитострикционные свойства паке­ та, которые не изменились со свойствами сплошного преобра­ зователя. Это условие выполняется, если диаметр отверстия для охлаждения меньше 3Д толщины среднего стержня па­ кета.

В ЦНИИЧМ разработана и сооружена установка для об­ работки сплавов черных металлов упругими колебаниями. Установка обеспечивает проведение плавки и разливки слит­ ков массой до 30 кг, обработку слитков проводят снизу.

ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ

Ультразвуковые колебания применяют при различных ви­ дах обработки материалов деформированием: упрочняющечистовая обработка поверхностно-пластическим деформиро­ ванием (ППД), волочение, штамповка и т. д. [12, 14, 19]. Преимуществом при этом является снижение усилия деформировйния и улучшение поверхности обрабатываемых изде­ лий.

Поверхностно-пластическое деформирование может быть успешно осуществлено с наложением УЗК [12, 19, 20]. Нако­ нечником инструмента при этом может служить как твердо­ сплавный инструмент, так и алмаз. Поверхностное упрочне­ ние образцов из УЮА проводили концентратором экспонен­ циальной формы с коэффициентом усиления, равным 2,66. Для торца инструмента применялась твердосплавная сфера диаметром 10 мм. Получено повышение твердости на 30% для структуры отпущенного мартенсита, на 21%— для тростомартенсита, на 16%— для тростита и на 6 % — для сорбита. 'Максимальная толщина упрочненного слоя 400 мкм для от­ пущенного мартенсита. Количество аустенита в тонких по­ верхностных слоях после упрочнения уменьшается в два раза.

Применяли поверхностное пластическое деформирование (ППД) прутков титана и нержавеющей стали с наложением па деформирующий инструмент различных колебаний [20]. Обрабатываемый материал — сплав ВТ8. Установлено, что оптимальная частота осевых колебаний деформирующего ин­ струмента равна 30 Гц, при этом достигается чистота поверх­ ности 10—11 класса против 8 исходного.

При обработке с УЗ эффект зависит от величины статиче­ ского усилия Р и амплитуды смещения А. При чистовом об­ катывании стали ЭИ-643 получено, что с увеличением нагруз­

19

ки от 10 до 40 кгс шероховатость поверхности уменьшилась на два класса (с 8 до 10). Глубина вдавливания рабочего ин­ струмента при ПГ1Д в зависимости от технологических пара­ метров может быть определена расчетным путем. Такую закономерность установили японские ученые [19], обрабаты­ вая чистую медь и малоуглеродистую сталь.

В табл. .9 представлены данные по чистоте поверхности в зависимости от статической нагрузки. При Рст >200 кг по­

верхность ухудшается, так как снижается амплитуда колеба­ ний.

Штамповка и прессование. При штамповке и прессовании используются колебания низких частот и ультразвука. При наложении УЗ колебаний • металл становится более пластич­ ным. Увеличение частоты колебаний приводит к увеличению степени деформации, а увеличение интенсивности колебаний снижает усилие деформации.

При вытяжке стаканов, в частности, когда штамп является продолжением концентратора, достигается хороший акусти­ ческий контакт, что является важным условием для получе­ ния необходимого эффекта при действии ультразвука.

На усилие деформирования при прессовании большое влияние имеет метод подвода УЗК [2]. В табл. 10 приведены сравнительные данные максимального усилия деформации при прессовании алюминиевых заготовок размером 10X8 мм с различными степенями деформации. Скорость деформации 0,4 мм/с, смазкой служила смесь в составе: 50% автола плюс 30% графита, плюс 20% олеиновой кислоты. По схеме I (табл. 10) обрабатываемый металл находится между магнитострикционным преобразователем и отражателем, встроенным в станину, а по схеме II — между двумя преобра­ зователями, прикрепленными к траверсе машины.

Определяя влияние УЗК на степень вытяжки [32], колеба­ ния подводили к матрице после того, как уже был контакт при усилии 200—600 кГс (стальной лист") и 100—200 кГс (цветные металлы).

20

Опыты показали, что для стали 20 усилие снижается ;п 20% при амплитуде смещения вытяжной матрицы ;п 0,012 мм. Однако УЗК уменьшают напряжения в деформиру­ емом металле, что является предпосылкой для увеличения степени деформации. Например, в стали 20 — на 15%, в стали, 10 КПВГ — на 17%, в меди М3 — на 13%.

Интересными являются исследования по влиянию предва­ рительного циклического нагружения на пластичность метал­ лов при ударном деформировании [21]. Анализ полученных в работе данных показывает, что предварительное ультразву­ ковое нагружение металла ухудшает его деформируемость — уменьшается относительное удлинение растянутого волокна, стрела пластического изгиба и т. п.

Ультразвуковое оборудование, применяемое при обработ­ ке давлением. Разработка ультразвукового оборудования но­ сит, как правило, лабораторный характер, чем и объясняется ограниченное применение в машиностроении ультразвуковой обработки давлением.

В Белорусском политехническом институте разработан прокатный стан, валки которого колеблются с ультразвуко­ вой частотой в направлении, параллельном осям их вращения [1]. Благодаря этому усилия деформации снижаются в 1,5— 2 раза, а вытяжка увеличивается почти в 1,5 раза. Кроме то­ го, резко уменьшается контактное трение. При воздействии ультразвуковых колебаний металл становится более податли­ вым без повышения температуры. Снижение трения и повы­ шение пластичности металла приводят к уменьшению усилий прокатки, деформации стана и прогибу валков.

Для алмазного выглаживания и ультразвукового упрочне­ ния деталей в МАИ созданы ультразвуковые головки типа УЗВМ-1 с магнитострикционным и УЗВП-2 с пьезокерамиче­ ским преобразователями [1]. Ультразвуковая головка УЗВМ-1 с магнитострикционным преобразователем закрепля­ ется в резцедержателе токарного станка 1К62. Головка со­ стоит из неподвижного и подвижного корпусов. Перемещение

21