164 / 460
Actual Problems in Machine Building. 2015. N 2
Innovative Technologies
in Mechanical Engineering
____________________________________________________________________
164
явления, характерные для распространения ультразвука в жидких средах. Все это отражается
на процессе трения и изнашивания деформатора. Износ инструмента влияет в первую
очередь на качество поверхностного слоя детали и на производительность обработки,
зависящую от основного (режимы) и вспомогательного времени (частота смены
изношенного инструмента) операции УЗО. Поэтому износостойкость ультразвукового
инструмента выбрана в качестве объекта исследования с целью выработки рекомендаций для
выбора и назначения материала деформатора в зависимости от подвергаемого УЗО
материала.
Материалы, оборудование и методика экспериментального исследования
Исследования процесса изнашивания деформаторов проводились на материалах с
различной
микротвердостью,
схватываемостью,
сопротивлением
изнашиванию,
адгезионными свойствами. Одним из основных критериев при выборе обрабатываемого
материала служила поверхностная микротвердость, по которой согласно данным [6] все
материалы разбиты на четыре группы. Износ деформаторов исследовался на представителях
материалов из каждой группы.
В литературе имеются только общие требования к материалам деформаторов при
ППД [7], к которым отнесены: высокая твердость, способность сопротивляться истиранию и
ударным воздействиям, высокий предел прочности на сжатие, низкий коэффициент трения
по металлу, большая теплопроводность и теплоемкость. Эти требования не учитывают
специфические условия работы ультразвукового инструмента, которые, несомненно, должны
отразиться на его износостойкости.
Для исследования износа инструмента при УЗО были выбраны быстрорежущие стали
Р6М5, Р18; высоколегированная закаленная сталь ШХ15; твердые сплавы группы ВК (ВК2,
ВК4М, ВК8, ВК8М, ВК15, ВК15М, ВК60М) и ТК (Т30К4). Рабочая часть деформаторов
выполнялась в виде полусферы радиусом 5 мм, с шероховатостью R
z
0,3 мкм и с
отклонениями формы поверхности ±0,01мм.
Исследования износостойкости деформаторов осуществлялись на образцах
цилиндрической формы с диаметрами 10…230 мм, на токарном станке, оснащенном
специальным приспособлением и ультразвуковым генератором УЗГ2-4 с рабочей частотой
18 кГц. Для определения размера площадки износа, а также визуального наблюдения за
процессом изнашивания, использовалось сконструированное оптическое устройство.
Диаметр площадки износа измерялся в двух сечениях в направлении подачи и скорости
главного движения через каждые 400 м пути трения. За действительную величину
принималось их среднее значение. В качестве критериев износа служило изменение качества
поверхностного слоя детали по параметрам: шероховатость поверхности и микротвердость,
как наиболее чувствительных к внешним воздействиям и приборно оснащенных для
измерения. В качестве основных элементов режима УЗО были выбраны: статическая
нагрузка Р
ст.
=50…400 Н, двойная амплитуда колебаний инструмента 2А=20…60 мкм,
скорость обработки V=10…120 м/мин. и подача инструмента S=0,05…0,2 мм/об. УЗО
осуществлялась с использованием СОЖ - индустриального масла. Для определения
погрешностей результатов измерений каждый опыт повторялся не менее трех раз.
Результаты и обсуждение
Исследования износостойкости ультразвуковых инструментов проводились в
зависимости от материалов деталей, подвергаемых УЗО, материалов деформаторов, пути
истирания, режимов обработки и содержания кобальта в твердом сплаве группы ВК.
Результаты исследований показывают (рис.1), что с повышением твердости обрабатываемого