содержание   ..  9  10  11  ..

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА ЦВЕТНОГО КАМНЯ

В конце прошлого века о существовании ультразвука знали очень мало, а о возможности его практического применения и не предполагали. Только 40—50 лет назад внимание многих исследователей и инженеров привлекли неслышимые звуки. Существенный вклад в науку и технику внесли советские ученые П. Н. Лебедев и С. Я. Соколов.

Мир, в котором мы живем, наполнен звуками. Наше представление о лесе связано с пением птиц, о море — с рокотом волн, а о городе — с характерным городским шумом. Но все это слышимые звуки. Человеческое ухо достаточно совершенно, оно воспринимает звуки — упругие волны, т. е. колебания. Число колебаний, совершаемых в единицу времени, называется частотой. За единицу частоты принято одно колебание в секунду — Герц (Гц);

1000 Гц составляет 1 килогерц (1 кГц). Под ультразвуковыми колебаниями принято подразумевать упругие механические колебания в диапазоне частот, неслышимых человеческим ухом (свыше 16 — 20 кГц). Колебания распространяются в виде упругих волн, следующих одна за другой с определенной (ультразвуковой) частотой. Колебания менее 20 кГц называются инфразвуком и тоже неслышимы человеческим ухом.

Ультразвук применяется для пайки и сварки, для получения эмульсий, необходимых химической промышленности, для стерилизации воды, молока и других пищевых продуктов, для стирки белья, для методов контроля металлов —дефектоскопии. Ультразвук успешно применяется для обезжиривания и промывки, очистки любых материалов. Ультразвуковой эхолот измеряет глубины океанов и помогает находить затонувшие предметы. С помощью ультразвука можно определить скорость полета реактивного самолета. Ультразвук широко применяется в медицине. Он дал возможность создать аппарат для слепых, прибор для ускорения прорастания семян и усиления обмена веществ в растениях. И, наконец, при обработке твердых хрупких материалов, таких, как цветной камень, ультразвук применяют для выполнения художественных рельефных изображений (камей и инталий), получения заготовок и отверстий сложных форм, гравировки и клеймения. Применяются ультразвуковые установки и для очистки изделия от загрязнения.

Принцип ультразвуковой обработки твердых и хрупких материалов состоит в создании высокой скорости направленного износа или скалывания частиц обрабатываемого .материала под влиянием вибрирующего с ультразвуковой частотой инструмента и непрерывно подаваемого в зону обработки абразивного материала.

Принципиальная схема ультразвуковой обработки цветного камня приведена на рис. 72. В рабочую зону, т. е. в пространство между торцом инструмента 8 и обрабатываемой заготовкой 7, подается водная суспензия 6 абразивного порошка карбида кремния или карбида бора. Инструмент совершает продольные колебания с ультразвуковой частотой 16—30 кГц и небольшой амплитудой (0,02—0,06 мм). В процессе колебаний торцевая поверхность инструмента ударяет по абразивным зернам 10, которые и скалывают с обрабатываемой поверхности микрочастицы 9. Большое количество одновременно ударяющихся о поверхность абразивных зерен обуславливает интенсивный съем с нее материала.

Если инструменту сообщить движение подачи S в направлении колебания его торца, то в заготовке будет образовываться полость, соответствующая поперечному профилю инструмента.

Колебания инструмента 8 передаются от магнитострикцион-ного вибратора 3, в котором электрические колебания электронного генератора 1 преобразуются в механические. Электрические колебания генератора подаются на обмотку 2 вибратора. Магни-тострикционная деформация вибратора составляет 5—10 мкм. Для увеличения колебаний инструмента в 2—5 раз применяют трансформаторы скорости или акустические концентраторы 5, которые припаиваются к торцу вибратора 3. Вибратор охлаждается проточной водой. Система с противовесом 11 создает давление инструмента 8 на заготовку 7 и осуществляет подачу инструмента.

Производительность и качество ультразвуковой обработки зависят от свойств обрабатываемого материала, амплитуды и

частоты колебаний инструмента, характеристик абразивного материала и величины давления инструмента на заготовку.

Для ультразвуковой обработки цветных камней имеется специальный станок УЗСК-80. На нем можно сверлить сквозные и глухие отверстия, наносить художественные изображения рисунков и надписей и получать заготовки любой формы.

Все рабочие органы станка смонтированы в пустотелой чугунной станине 6 (рис. 73) элементы электрической схемы станка, электромеханическая система автоматического подъема ультразвуковой головки и масляный демпфер, обеспечивающий плавность ее опускания, насос 7, скомпонованный с приемным баком, внутри которого имеется устройство для непрерывного перемешивания абразивной суспензии. В нижней части станины установлен понижающий трансформатор напряжением 36 В для питания лампы местного света.

В ультразвуковой головке 12 станка расположен магнито- стрикционный пермендюровый или никелевый пакет размером 40 Х 40 Х110 мм, заключенный в полый текстолитовый цилиндр. Внутри цилиндра для охлаждения пакета циркулирует проточная вода, которая подается под давлением. Из текстолитового цилиндра охлаждающая вода поступает в сборник — цилиндр из оргстекла, являющийся одновременно крышкой всей ультразвуковой головки. В средней части сборника смонтированы клеммы питания головки.

К нижнему торцу преобразователя твердым припоем припаян концентратор из стали У10А, точно подогнанный к частоте пре- образователя. К свободному торцу концентратора резьбовым креплением присоединяется сменный рабочий инструмент. Мак- симальная амплитуда колебаний на рабочем торце инструмента составляет 40—60 мкм.

Ультразвуковая головка закреплена на подвижном прямоугольном кронштейне, перемещающемся в вертикальном направлении по роликовым направляющим.

Рабочий стол станка установлен на шаровой пяте и фиксируется затяжным рычагом. Изменяя наклон стола в пределах от 0 до 45°, заготовку устанавливают под необходимым углом относительно инструмента для нанесения изображений на изделия с непараллельными плоскостями.

Шаровая пята, поддерживающая рабочий стол, установлена на двух суппортах, позволяющих перемещать его в двух взаимно пер- пендикулярных направлениях. Жесткие конструкции рабочего стола и шаровой пяты уменьшают вибрацию стола при работе станка.

Рабочий стол помещен в ванну, стенки которой изготовлены из оргстекла, а поддон — из листовой стали. Абразивная суспен-

зия, подаваемая в зону обработки по двум металлическим труб-кам, равномерно поступает на все участки обрабатываемой по-верхности благодаря распределительному кольцу. Через проре-. зи рабочего стола суспензия поступает в поддон кожуха, a ОТ-туда самотеком по резиновому шлангу в приемный бак помпы Скорость обработки и глубину проникания инструмента в мате-риал определяют по индикатору.

Электромеханическая система автоматического подъема уль- тразвуковой головки станка состоит из кривошипного механизма с индивидуальным электродвигателем и червячным редуктором. Периодичность подъема головки, облегчающего смену абразива под рабочим торцом инструмента, может изменяться в зависимом сти от условий и выбранного режима обработки. При отключении автоматической системы головку можно поднимать вручную.

Техническая характеристика станка УЗСК-80

Масса станка,, кг 320

Цветные камни можно обрабатывать также на универсальных станках, выпускаемых промышленностью, например на станках моделей 4770У, 4770, 4771, 4772 и 477А мощностью от 0,1 до 4 кВт.

К более мощным из ультразвуковых станков универсального типа, лучшим по своим техническим и эксплуатационным данным, относится станок 4772А. Он предназначен для обработки всех твердых, хрупких материалов. На нем можно просверливать отверстия, обрабатывать полости, щели, вырезать детали по сложному наружному контуру, наносить любые изображения и надписи.

В станке реализованы последние достижения отечественной ультразвуковой техники, благодаря чему его производительность в 2 раза выше зарубежных станков аналогичной мощности. В станке имеется система прокачки абразивной суспензии (под давлением) через зазор между стенками инструмента и обрабатываемой полостью детали..

Система автоматики станка позволяет вести обработку по заранее заданному циклу, что очень важно при обработке хрупких материалов, когда необходимо снизить давление инструмента на обрабатываемый камень для предотвращения сколов. Цикл можно вести по программе. Система станка позволяет учитывать износ инструмента, что особенно важно при обработке твердых пород камня, многие из которых обладают высокой абразивной способностью.

Подача суспензии под давлением через отверстие в детали или концентраторе при прочих равных условиях повышает про- изводительность обработки более чем в 3 раза, причем по мере возрастания глубины обработки более чем на 2—3 мм скорость не снижается.

Исследования по ультразвуковой обработке цветных камней показали, что в условиях подачи абразива под давлением лучшим является инструмент-концентратор из титанового сплава марки МЗ, входной и выходной диаметры которого 80 и 40 мм соответственно. Форма концентратора ступенчатая с конусным переходным участком. Применение цельного концентратора — инструмента из титанового сплава — с подачей абразивной суспензии под давлением в зону ультразвуковой обработки позволяет в 6—8 раз повысить производительность труда по сравнению с обработкой с подачей абразивной суспензии поливом.

Контрольные вопросы

1. Механизированные инструменты для ручной обработки камня.

1. Специальные станки для распиливания глыб и разрезки плит.

2. Универсальные сверлильные станки для образования отверстий в изделиях.

1. Универсальные шлифовальные станки для формообразования.

2. Станки для скоростного шлифования заготовок из цветных камней.

3. Операции, выполняемые на ультразвуковых станках.

содержание   ..  9  10  11  ..