Безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов

Безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов

Проблема создания эффективных методов упрочнения поверхностей деталей, является одной из самых важных в машиностроении. Большинство деталей работает в условиях интенсивного износа, при высоких контактных нагрузках и неблагоприятных условиях воздействия окружающей среды.
Одним из наиболее эффективных способов упрочнения деталей является поверхностное пластическое деформирование (ППД), сущность которого заключается в том, что деформирующий элемент (индентор) прижимается к поверхности обрабатываемого изделия. В результате пластической деформации поверхностного слоя увеличивается твердость, образуются сжимающие напряжения, снижается шероховатость, что благоприятно влияет на ресурс деталей.
ППД ультразвуковым инструментом, которое в технической литературе имеет несколько названий: безабразивная ультразвуковая финишная обработка (БУФО), ультразвуковая финишная обработка (УФО), ультразвуковая импульсная упрочняюще-чистовая обработка), вследствие своих особенностей (высокой частоты, силы ударов) ведет к более существенному изменению микроструктуры поверхностного слоя. Кроме того отличительной особенностью БУФО от других известных методов пластического деформирования является значительная скорость деформации. При таком динамическом воздействии на металл изменяются его механические свойства: увеличивается усталостная прочность, пределы текучести и прочности, сопротивляемость износу на истирание, коэффициент отражения света; уменьшаются относительные удлинение и сужение, электропроводность, магнитная проницаемость, теплопроводность, коэффициент затухания поверхностных звуковых волн; увеличивается коррозионная стойкость.

Принцип работы.

Комплекс для ППД состоит из ультразвукового генератора, ультразвукового инструмента, соединительного кабеля и эксплуатационной документации.
Инструмент представляет собой ультразвуковую колебательную систему, состоящую из ультразвукового магнитострикционного преобразователя и волновода-концентратора, к торцу которого присоединяется индентор. В процессе упрочняющей обработки инструмент прижимается к обрабатываемой поверхности (рис.1).
Экспериментальные исследования показали, что в процессе обработки между деформирующим элементом и обрабатываемой поверхностью возникает периодический контакт с частотой ультразвуковых колебаний. В момент контакта мгновенные напряжения существенно выше средних, что вызывает значительную пластическую деформацию. Также как и для других методов поверхностного деформирования (выглаживание, обкатывание, дорнование и др.) в результате обработки уменьшается шероховатость поверхности.

Мы еще не знаем вcе вoзмoжнocти ультразвука. Нo cпециалиcты прoрoчат, чтo уже грядет пoра cамoгo интенcивнoгo иcпoльзoвания энергии мoщнoгo УЗ-излучения в cамых разных oтраcлях прoмышленнocти. Еще недавно это было только научной фантаcтикой. Однако первые воиcтину прорывные технологии уже реализуютcя на практике. К примеру, новейшая, безопаcная и экологичеcки чиcтая финишная обработка металлов ультразвуком значительно упрощает и удешевляет веcь процеcc, к тому же заметно улучшает его качеcтво.

К разработке этой технологии отечественные ученые приступили достаточно давно. Почти полвека назад одновременно в нескольких различных институтах страны начались очень активные исследования в области физических основ ультразвуковых процессов.

Но до конструирования, а уж тем более до производства промышленного оборудования, работающего по этому принципу, было еще очень и очень далеко.

Совершить наконец-то долгожданный прорыв в этой области в немалой степени помогло создание специализированного Северо-Западного Центра ультразвуковых технологий. Именно его специалисты в содружестве с учеными из Санкт-Петербургского государственного политехнического университета и породили технологию БУФО – безабразивной ультразвуковой финишной обработки металлов, которую сумели не только реализовать в металле, но и запустить в массовую практику.

Вот вам и приставка

Одно из основных преимуществ выпускаемого в северной столице оборудования для новой технологии состоит в его универсальности. Оно прекрасно монтируется в любые металлообрабатывающие станки – токарные, строгальные, плоскошлифовальные и др. По сути, комплект БУФО, представляя собой «всего лишь» приставку к типовому станку, фактически преобразует его в многооперационный.

Например, чистовое точение детали резцом в заданный размер и финишная обработка поверхности происходят только что ни одновременно. Переход от технологии чистового точения к финишной обработке осуществляется всего лишь заменой резца на модифицированный под него излучатель ультразвука. В результате полностью отпадает необходимость в отдельном шлифовальном станке: на оснащенном комплектом БУФО токарном станке можно обрабатывать детали от заготовки до 10 класса шероховатости (Ra = 0,1 мкм), не снимая их с центров крепления. При этом одновременно происходит упрочнение поверхностной структуры металла, повышение опорной поверхности, усталостной прочности.

Читайте также:  Зарядное устройство вымпел 30 схема электрическая принципиальная

Уже не надо делать всевозможные припуски. Можно забыть об использовании абразивных кругов и лент, войлока, притирочных паст, нет больше и грязной ручной работы. Естественно, существенным образом сокращается внутрицеховая транспортировка деталей, тем самым экономятся производственная площадь, электроэнергия. При крупносерийном производстве создатели ультразвуковой технологии считают возможными и даже целесообразными автоматизацию и роботизацию процесса. Практически во всех отраслях промышленности применение БУФО на станках с ЧПУ и роботами уже не просто опробовано, но активно используется и доказало свою высокую эффективность. Кстати, авторы технологии утверждают: возможна одновременная обработка детали резанием и ультразвуком. Оборудование надо просто соответствующим образом скомпоновать.

Что поддается обработке при помощи оборудования БУФО? Да практически все – чугуны, цветные металлы, конструкционные, инструментальные и нержавеющие стали, титановые сплавы и т.п. Более того, не имеет значения различие в конструктивных формах деталей. Это могут быть цилиндрические наружные и внутренние поверхности, торцевые, конические и шаровые поверхности, разного рода выступы, прямоугольные и радиусные канавки. На практике доказана высокая эффективность финишной обработки с использованием техники БУФО штоков цилиндров, деталей арматуры трубопроводов, фланцев, муфт, дисков разных размеров и назначений, деталей двигателей, трансмиссий, станков, редукторов, компрессоров, шаровых кранов и т.д.

Последняя разработка Центра ультразвуковых технологий – это полностью универсальный инструмент уже внутри самого комплекта БУФО. Он может одинаково хорошо справляться с обработкой уже не только наружных, но и внутренних поверхностей деталей. Инструмент еще на стадии конструкторских наметок изначально нацеливался на использование его в комплекте с металлорежущими станками.

Решение нашлось непросто. Но специалистам Центра все-таки удалось осуществить на практике новые приемы построения головок акустических – ГА. Суть нововведения, если коротко, сопряжена со следующим: инженеры-исследователи изменили кинематику БУФО и применили резонирующие стержни, способные работать в режиме изгибных колебаний. Вот эти самые изгибные колебания и подняли на новую высоту технологические возможности инструмента – комплектов БУФО.

Всего, на сегодня, существует уже 6 модификаций данного инструмента. И каждая еще на стадии изготовления обязательно комплектуется волноводом с излучателем ультразвука, который как раз и дает возможность одинаково успешно обрабатывать как наружные, так и внутренние поверхности деталей диаметром от 10 до 500 мм и более.

В чем же здесь секрет?

Для начала просто сравним некоторые данные. Обработка резцом детали из незакаленных сталей обычно дает 4–5 класс шероховатости. После обработки БУФО (за один проход излучателя ультразвука) – 10 класс шероховатости поверхности с Ra

0,1 мкм. Если детали обработаны точением или шлифовкой на 8 класс – БУФО дает возможность получить 11–12 класс шероховатости с Ra

0,05–0,025 мкм с одновременным упрочнением поверхностной структуры. Как это получается?

При воздействии ультразвука – удара излучения о поверхностный слой металла – происходит пластическая деформация микронеровностей поверхности. Уникальность технологии состоит в том, что структура металла существенно изменяется. Как установлено академиком РАЕН В.П. Алехиным, на глубине 15–20 мкм от поверхности обработки металла возникают слои наноструктур с размером зерна 5–10 нм. Остаточные напряжения трансформируются в сжимающие.

Читайте также:  Бортовой компьютер ваз 2114 штат цена

Микротвердость обработанного слоя стали, например, увеличивается на 5–35%. Повышается усталостная прочность, увеличивается до 90% опорная поверхность. Некруглость геометрии детали после резца снижается на 25–30%. При условии твердого точения детали в размере использование БУФО тоже исключает необходимость применения шлифовальных станков. Таким образом, становится реальной технология обработки деталей без съема ее с центров, за один «установ».

Практическое применение этого оборудования дает немалый экономический эффект. Согласно отзывам специалистов ряда заводов России, производительность, подскакивает в разы. Технология финишной обработки металлов ультразвуком позволяет упростить и удешевить весь процесс металлообработки. По износоустойчивости пар трения (а это коренной вопрос в использовании любых машин и механизмов) обработка БУФО, по данным Центра, может обеспечить удвоение моторесурса.

Согласно санитарно-эпидемиологическому заключению, технология БУФО соответствует государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам, безвредна, использовать ее на производстве практически безопасно.

Пятнадцать патентов и признание

Что особенно приятно осознавать – в мировом машиностроении пока нет аналогов технологиям и оборудованию БУФО. На них выдано 15 патентов РФ. Но уж коли дело успешно начато, его не грех продолжать. Благо что интеллектуальный потенциал Центра такое вполне позволяет.

И хоть говорят в народе, что бесконечно улучшать – только портить, питерские исследователи возможностей ультразвука напрочь опровергают эту старую «истину». Обладание авторскими разработками по части промышленного использования мощного УЗ-излучения плюс собственное производство оборудования дают возможность регулярно пополнять ассортимент выпускаемой продукции. А потребитель, он все видит.

В активе Центра – победы в многочисленных тендерах на поставку оборудования для нефтегазового комплекса, электроэнергетики, машиностроения, металлургии и других отраслей промышленности. Приставки БУФО уже активно используют на более чем 350 заводах в России, а также на предприятиях в странах ближнего и дальнего зарубежья – на Украине, в Белоруссии, Латвии, Казахстане, Словакии, Китае и др. Технологию

БУФО высоко оценили специалисты Международного корпуса экспертов (АВLE), она стала постоянной участницей многих международных выставок, где неоднократно получала престижные призы.

Уникальность технологии состоит в том, что после обработки поверхности металла резцом, мы получаем шероховатость поверхности до 10-12 класса (Ra=0,04-0,1 мкм). Микротвердость обработанного слоя, например, стали, увеличивается на 5 — 35%, повышается усталостная прочность, увеличивается до 90% опорная поверхность, остаточные напряжения трансформируются в сжимающие, некруглость геометрии детали после резца снижается на 25-30%, при условии твердого точения детали в размере использование БУФО исключает необходимость применения шлифовальных станков. Таким образом, становится реальной технология обработки деталей, не снимая с центров, за один «установ».

Производительность согласно практике некоторых заводов РФ — растет в два раза, десять, тридцать раз. Более того, возможно одновременная обработка детали резанием и ультразвуком; при этом технология освобождается от абразива, войлока, притирочных паст и грязной ручной работы. Естественно, исключается внутрицеховая транспортировка деталей, возможные припуски, экономятся производственная площадь, электроэнергия, отпадает потребность в специалистах — шлифовщиках. При крупносерийном производстве возможна и целесообразна автоматизация и роботизация процесса.

Достоинство новой технологии БУФО заключается в том, что, выпускаемое нами оборудование — комплекты БУФО, возможно установить на любые токарные, строгальные, плоскошлифовальные и др. станки, предназначенные для металлообработки.

Таким образом, комплекты БУФО, являясь приставками к типовым станкам, фактически превращают их в многооперационные.

Читайте также:  Как выпрямить кожаные ботинки

Практическое применение этого оборудования дает немалый экономический эффект заводам и предприятиям страны, освоившим эту технологию. Новейшая, экологически чистая технология финишной обработки металлов ультразвуком, позволяет упростить и удешевить весь процесс металлообработки.

С помощью оборудования БУФО можно обрабатывать большинство известных марок стали, алюминия, меди и других металлов. Обрабатываются различные конструктивные формы деталей: цилиндрические наружные и внутренние поверхности, торцевые, конические и шаровые поверхности, различные выступы, прямоугольные и радиусные канавки и т.д.

Технология и оборудование БУФО могут быть использованы во всех отраслях промышленности, занимающихся металлообработкой.

Центр может организовать производство комплектов технологического оборудования в необходимых объемах по заказам промышленности.

По нашим прогнозам технологическая культура производства будет «созревать» и заводы к 2010 году будут способны воспринять до нескольких тысяч разработанных нами комплектов оборудования. Стоимость одного комплекта на международном рынке может быть на уровне 10- 15 тыс. долларов США (2001 г.).

Можно сомневаться в прогнозе количества продаж. Но, во-первых, надо иметь в виду, что в принципе устройства в значительной мере унифицированы и могут использоваться для сварки и резки пластмасс, снятия остаточных напряжений после сварки, правки абразивных кругов и т.п. технологий. Во-вторых, разработанная технология может быть отнесена к категории «международных» и в начале века к 10-20 г.г. получит общемировое признание. Мы имеем примеры, намерений фирм закупить комплекты для непосредственной эксплуатации в своих производствах (обработки штоков и цилиндров разных типов и назначений) с уверениями, что тысячи малых фирм, например, в Америке будут заинтересованы в их приобретении.

В-третьих, как это ни странно, но эта, казалось бы, супертехнология — ультразвук — более всего необходима и ценнее для тысячи маленьких заводов, ремонтных мастерских и т.п. производств, которым не по средствам закупка дорогостоящего шлифовального оборудования.

Таким образом, приведенные цифры не нужно считать чрезмерно завышенными.

Основой бизнеса является, в данном предложении, наукоемкая технология, которая в настоящее время будет выходить на общемировой рынок.

Отличительные особенности новейшей технологии финишной обработки металлов:
1. Крупномасштабность поставок. По мере возрастания культуры в технологии машиностроения, объем поставок малогабаритных комплектов технологического оборудования нужных для переоснащения уже существующего парка машин для металлообработки должен возрасти до нескольких тысяч единиц в год с суммой продаж в сотни миллионов долларов.
2. Новизна технологии.
3. Специфичность оборудования.
4. Крайне малая себестоимость и материалоемкость.
5. Конкурентоспособность.

По сравнению с известными технологиями, финишная обработка металлов ультразвуком имеет, в большинстве случаев, неоспоримые преимущества.

В 1997 году Международный Корпус Экспертов — ABLE — признал проект по финишной безабразивной обработке металла в технологии машиностроения 21 века одним из наиболее перспективных.

Технология и оборудование БУФО защищены Патентами РФ. На международных выставках «Высоких технологий» комплект БУФО получил в 2003 году серебряную медаль и 2004 году Большую золотую медаль.

При поставке комплектов БУФО Центр проводит обучение специалистов заказчика особенностям технологии и оборудования БУФО.

Возможно совместное патентование, продажа лицензий, конструкторской документации. Ноу-хау, и т.п. результатов научно-исследовательских работ.

Другие статьи по сходной тематике

Основные понятия о токарной обработке и токарных станках.

Стали марок AISI 409, 430, 439 — аналоги отечественных марок 08×13, 12×17 и 08×17Т

Гидравлические гильотинные ножницы, гильотинные ножницы с ЧПУ для раскроя и обработки листовых материалов.

Правила нанесения обозначений шероховатости поверхностей на чертежах

Ссылка на основную публикацию
Бак из старой стиральной машины
Что обычно делают с отжившей свой век бытовой техникой? Вариантов здесь может быть множество. Кто-то просто отвозит старый агрегат к...
Антенна вай фай для смартфона
Всем привет!Приобрел недавно материнку от бюджетного смартфона с 4G для использования как Wi-Fi роутера, но столкнулся с очень слабым сигналом...
Антенна восьмёрка для цифрового телевидения
Сегодня эфирное телевидение наиболее распространено среди пользователей. Оно работает путем улавливания излучения от вещателя на приемник. В силу ряда факторов...
Бак разрыва струи канализации
Нормы СанПиН не допускают попадания нечистот и патогенных микроорганизмов из канализации на продукты питания и посуду при их мытье. Прежде...
Adblock detector