Исследование метода ультразвуковой обработки на станке модели УЗСК-1

 

 

Санкт-Петербургский  государственный политехнический  университет

 

Кафедра технологии конструкционных  материалов и материаловедения

 

 

 

 

 

 

 

 

Отчет по научно исследовательской  работе

Исследование метода ультразвуковой обработки на станке модели УЗСК-1

 

 

Студент группы 4046/20

К.Л. Дроздов

Преподаватель

В.И. Никифоров

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

1.Цели работы.Задачи 3

2.Отчет 4

3. Заключение Ошибка! Закладка не определена.

4.Список литературы Ошибка! Закладка не определена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель  работы:

Изучение основ ультразвуковой обработки свободными абразивными зернами (УЗАО).

 

Задачи:

1. Получение навыков наладки станка и обработки заготовки
2. Определить производительность и точность прошивания отверстий
3. Провести возможную модернизацию станка, с целью улучшения его характеристик, и возможности получения данных при обработке заготовки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отчет:

Устройство станка УЗСК-1

Ультразвуковой станок модели УЗСК–1 (рис. 1.1) предназначен для ультразвукового прошивания отверстий диаметром d от 0,5 до 5,0 мм в хрупких материалах в условиях единичного и мелкосерийного производств. Конструкция станка обеспечивает глубину обработки до 6 мм и нерегулируемое усилие прижима инструмента P_ст до 4000 Н. Некоторые технические характеристики станка приведены в виде следующих данных:

– генератор ультразвуковых колебаний — УЗГ8–0,1/22;

– напряжение однофазной питающей сети — 200 В;

– частота питающей сети — 50 Гц;

– рабочая частота — 22±1,65 Гц;

– выходная мощность генератора — 100 Вт;

– мощность, потребляемая от сети — 0,18 кВ·А;

– КПД генератора — 50 %.

Станок УЗСК– 1 состоит из блока  питания (генератора высокочастотного тока (30кГц) 4, столика 14 со стойкой 11, на которой с возможностью вертикального перемещения установлен обрабатывающий блок 7. На стойке закреплена емкость для жидкости 8 и лоток для подачи суспензии в зону обработки 5. Рабочее перемещение индуктора и концентратора с инструментом может осуществляться рукояткой 9 или барабанчиком точного перемещения 6. Величина перемещения инструмента в процессе обработки контролируется измерительным цифровым прибором 10.

Рис. 1.1. Общий вид станка УЗСК-1

На стойке 11 также закрепляется кронштейн для установки обрабатываемой заготовки 12. В процессе обработки излишки суспензии, подаваемой из лотка 5, стекают в ванну 13 и могут использоваться при обработке следующих заготовок. Станок включается пусковой кнопкой 1. При использовании станка в режиме прошивания отверстий ультразвуковой генератор включается кнопкой 3.

Инструмент для обработки представляет собой стержень, крепежная часть  которого имеет цилиндрическую часть  с диаметром, равным диаметру отверстия  в торцовой части концентратора. Этой частью он вставляется в отверстие  концентратора и закрепляется в  нем пайкой (рис. 1.2).

 

Рис. 1.2. Схемы пайки ультразвукового инструмента

При пайке обрабатывающий блок 7 (см. рис. 1.2) поворачивается на 180° и на концентратор 4 (рис. 1.2, а) в месте крепления инструмента 1 одевается специальная катушка-индуктор 3, подключенная к генератору высокочастотного тока, используемого и для создания высокочастотных ультразвуковых колебаний.

Вокруг витков катушки создается  переменное магнитное поле, силовые  линии которого 2 условно показаны на рис. 1.2, б. Переменное магнитное поле создает в металле концентратора электрические высокочастотные токи, которые нагревают металл концентратора до температуры плавления припоя.

При пайке ультразвуковых колебательных  систем используют высокопрочные серебряные припои с высокой температурой плавления и оловянно-свинцовые припои, имеющие более низкие температуры плавления, а потому обеспечивающие меньшую прочность соединения. Некоторые марки припоев этих групп и их характеристики приведены в табл. 1.1.

На станке УЗСК–1 для пайки инструмента  используются оловянно-свинцовистые припои.

Таблица 1.1

Припои, применяемые при пайке  ультразвуковых                                  колебательных систем

Марка припоя	Температура плавления, θ, оС	Прочность              соединения σв, МПа
ПСр25	740–755	289–350
ПСр45	665–730
ПОС 40	283	32
ПОС 61	190	38
ПОС 90	220	43

 

 

Так как вертикальное перемещение  обрабатывающего блока производится в ручную – это прямым образом влияет на качество обработки и время прошивания отверстия. Мускульной силой невозможно создать равномерное давление как при обработке партии деталей ,так и при прошивании единичного отверстия. Этот недостаток относит станок к единичному типу производства, например изготовление ювелирных украшений, где он и зарекомендовал себя. Для улучшения производительных характеристик станка была выявлена возможность оборудовать станок специальным механизмом позволяющим контролировать силу, прикладываемую на обрабатывающий инструмент (Рис. 1.3.)

Рис 1.3.

Модернизация станка привела к  тому, что при установке груза  в лоток (6) начинает опускаться обрабатывающий блок (1) при помощи двух роликов (2)и(4) и нитки (5). Увеличение веса груза (от 200гр) дает прямолинейное увеличение давления обрабатывающего инструмента (3) на заготовку.

Также при  более глубоком изучении станка в  ювелирном производстве был выявлен  другой способ обработки заготовки  без использования стола и  базирования детали – заготовку  держат в руках и обработка  происходит «на глаз». Данный тип  обработки, несмотря на свою низкую точность, нашел применение в единичном  производстве.

Были изучены  теоретические основы и устройство станка ультразвуковой обработки. Получены заготовки для прошивания цилиндрического  отверстия. Произведена наладка  станка для выполнения ультразвуковой обработки, и последующее прошивание отверстий, и сделаны соответствующие  выводы.

 

Исследование обрабатываемости                                              материалов на ультразвуковом станке                                            модели УЗСК-1

 

1. Условие проведения эксперимента

Модель станка: УЗСК-1;

Абразивный материал: карбид бора (20%) зернистость-8;

Инструмент: углеродистая проволока Æ 1.5 мм;

Обрабатываемый материал: гранит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Схема обработки с условными обозначениями

 

                     

Рис. 2.1. Схема ультразвуковой обработки

1-заготовка;

2-образивные зерна;

3-инстркмент;

4-суспензия;

5-микросколы заготовки;

6-отделенные частицы обрабатываемого  материала;

3. Результаты эксперимента

 

Таблица 2.1

Результаты  ультразвукового прошивания отверстий

№ пп	Материал заготовки	, мм	, мм	Δdи, мм	, %	, мм	, мм	Δℓи, мм	,%
1	гранит	1,5	1,38	0,12	0,8	55	47	8	1,4
2	гранит	1,38	1,27	0,11	0,78	47	38	9	1,9
3	гранит	1,27	1,13	0,14	1,1	38	31	7	1,8

Определение абсолютного и относительного продольного и диаметрального размерного износа инструментов

;    ,                    

;    .                       

                                                  

                                                

                                                

                                 

                               

                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Данный станок является узконаправленным оборудованием для работы в мелкосерийном  и единичном производстве, о чем  свидетельствует отсутствие регулировки  режимов прошивания и контроль давления при обработке. Модернизация станка позволила упростить процесс прошивания, но также был выявлен недостаток - затруднительное попадание суспензии во время обработки на глубину более 5 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Электрофизические и электрохимические технологии-лабораторный практикум (В.И.Никифоров, Ю.М.Барон, М.Т.Коротких)