Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор методов лезвийной обработки с применением ультразвуковых колебаний
1.1. История развития технологий ультразвуковой обработки 9
1.2. Исследования процессов, происходящих при ультразвуковом резании
1.3. Авторезонансная система 21
1.4. Выводы по обзору литературных источников и постановка задач исследования 27
ГЛАВА 2. Приспособления, используемые при реализации процессов ультразвукового точения . 30
2.1. Особенности процесса вибрационного резания 30
2.2. Анализ конструкции преобразователей для ультразвукового точения 34
2.3. Расчет статической жесткости применяемого приспособлепия
2.4. Анализ динамической жесткости применяемого приспособления 48
2.5. Измерения фактических частот и амплитуды преобразователя. 54
2.5.1. Измерение частоты ультразвукового преобразователя 55
2.5.2. Измерение амплитуды ультразвукового преобразователя
2.6. Выводы по главе 65
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования ультразвукового резания с приспособлением, работающим на основе авторезонанса
3.1. Влияние ультразвуковых колебаний при резании на качество получаемых поверхностей при обработке разных материалов
3.2. Особенности влияния СОТС на шероховатость поверхности при УЗ точении металлов
3.3. Влияние применения СОТС на динамическую характеристику УЗ преобразователя при ультразвуковом резании 95
3.4. Влияние СОТС при УЗ обработке хрупких материалов на шероховатость поверхности
3.5. Особенности износа инструмента при ультразвуковом резаний с применением СОСТ с разными значениями вязкости 104
3.5.1. Дробный факторный эксперимент. Планирование эксперимента
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. Особенности образования стружки при ультразвуковом точении
4.1. Схема сил, действующих на стружку при лезвийной обработке
4.2. Разработка представлений об особенностях влияния СОТС на УЗ резание 21
4.3. Экспериментальное подтверждение механизма влияния СОТС на стружкообразование при УЗ точении
4.4. Автоколебательный характер образования стружки при вынужденных УЗ колебаниях
4.5. Направления дальнейших исследований по результатам экспериментов главы
4.6. Выводы по главе 141
Основные выводы по диссертации 143
Литература 145
Приложения
- Выводы по обзору литературных источников и постановка задач исследования
- Анализ динамической жесткости применяемого приспособления
- Влияние применения СОТС на динамическую характеристику УЗ преобразователя при ультразвуковом резании
- Экспериментальное подтверждение механизма влияния СОТС на стружкообразование при УЗ точении
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время во многих отраслях промышленности, используются современные материалы с новыми физико-механическими характеристиками, расширяющими их применение и создающими новые возможности, которые позволяют снизить себестоимость производства и повысить срок службы изготовленных деталей. С появлением таких материалов возникает необходимость создания новых методов и технологий для их обработки. Ультразвуковое (УЗ) резание является одним из таких перспективных методов обработки. В ряду особенностей, позволяющих считать метод УЗ резания перспективным, следуют: существенное снижение сил резания при обработке, устранение нароста, обеспечение доступа СОТС в зону резания, снижение высоты микронеровностей обработанной поверхности, снижение до минимума остаточных напряжений на обработанной поверхности после применения УЗ технологии.
УЗ технологии стали известны более 50 лет назад. Несмотря на проведение многочисленных исследований в этом направлении в промышленности встречается в основном только УЗ обработка свободным абразивом и вибронакатка поверхностей с УЗ воздействием. Лезвийная обработка с наложением УЗ колебаний широкого распространения так и не получила. Проблемы применения этих технологий связаны с громоздкостью соответствующих приспособлений, с потреблением большого количества энергии и выделением избыточного тепла, со сложностью их настройки на резонансный режим и поддержанием резонанса на разных режимах резания.
Продолжающиеся работы в этом направлении позволили в последние годы создать эффективные колебательные системы, работающие в авторезонансном режиме и поддерживающие настройку на резонанс в широком диапазоне вариации режимов резания («ИМАШ» РАН, ЗАО «НТГ»). Адаптационные возможности системы управления и применение пьезоэлементов дало возможность в десятки раз сократить потребление энергии и объем выделяемого тепла. Это позволило вплотную подойти к новому этапу лезвийной обработки с наложением тангенциальных вибраций.
Следующим этапом развития вибрационного резания необходимо становится проведение исследований особенностей поведения самих устройств, реализующих вибрационное резание, направленных на усовершенствование как самой технологии вибрационного резания, так и конструкции механической части приспособления. Это определяет актуальность и значимость настоящих исследований.
Цель работы - поиск направлений повышения качества токарной обработки в условиях применения тангенциального вибрационного резания.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Создание лабораторного стенда для изучения механизмов УЗ воздействия на процесс резания. Определение положительных и отрицательных факторов применения УЗ точения. Определение факторов, способных позитивно воздействовать на процесс УЗ точения;
-
Исследование влияния УЗ воздействия при точении на качество поверхности и поверхностного слоя, на формирование стружки;
-
Исследование динамических характеристик типовой УЗ установки и сравнение их с характеристиками типового инструмента;
-
Исследование влияния УЗ воздействия на стойкость режущего инструмента, изучение природы этого влияния, определение путей повышения стойкости инструмента при УЗ воздействии на процесс резания;
-
Исследование влияния СОТС на процесс УЗ точения, изучение природы влияния СОТС на качество УЗ точения;
-
Разработка рекомендаций по совершенствованию систем для вибрационного точения, определение областей эффективного применения систем с вибрационным воздействием на процесс резания.
Методы исследования. Исследования выполнены на базе основных положений теории резания, динамики станков, технологии машиностроения, теории планирования экспериментов. В экспериментах использовались комплекс для цифровой записи и обработки вибрационных сигналов, комплекс аппаратуры для анализа состояния поверхностей, комплекс аппаратуры для скоростной видеосъемки.
Научная новизна проведенной работы состоит в следующем:
-
Исследованы особенности разрушения твердосплавных пластин при УЗ воздействии и возможные в этих условиях методы повышения стойкости режущего инструмента;
-
Исследован механизм стружкообразования при УЗ воздействии в разрезе влияния на угол сдвига элементов стружки;
-
Установлено, что при вынужденном УЗ воздействии на отделяемый материал механизм сдвига элементов стружки может сохранять автоколебательный характер;
-
Выявлен основной недостаток конструкции УЗ установок с тангенциальным расположением волновода, заключающийся в их низкой динамической жесткости;
-
Показано, что под влиянием СОТС при УЗ резании может формироваться стружка с уникальными свойствами, заключающимися в формировании прирезцового слоя стружки с твердостью ниже исходной твердости обрабатываемого материала. Предложен механизм, объясняющий это явление и влияние СОТС на чистоту поверхности;
-
Поставлены задачи дальнейших исследований в области вибрационного резания, решение которых позволит повысить качество обработки и расширить диапазон скоростей резания с эффективным применением вынужденных колебаний.
-
Поставлены задачи дальнейших исследований в области вибрационного резания, решение которых позволит повысить качество обработки и расширить диапазон скоростей резания с эффективным применением вынужденных колебаний.
Практическая значимость работы:
расширена область знаний о динамике процесса резания;
установлены основные причины малого объема внедрения УЗ точения в промышленности;
разработаны направления изменения конструкции устройства для вибрационного резания и методы применения СОТС для повышения качества обработки и увеличения диапазона допустимых скоростей резания.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: II Всероссийской конференции молодых ученых и
специалистов «Будущее машиностроения в России» (2009 г.), XXI Международной Иновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (2009 г.), Международных научно-практическых конференциях «Инженерные системы - 2009, 2010». Автор стад обладателем почетного диплома за наиболее интересное научное сообщение в ИМАШ им. А.А.Благонравова РАН на XXI Международной конференции молодых ученых. Один патент получен и подана еще одна заявка на выдачу патента.
Реализация результатов работы. Полученные результаты и методики используются в научной работе кафедры «Технология машиностроения» РУДН в учебном процессе по курсам «Спецкурс теории резания» и «Спецкурс технологического оборудования и оснастки», в научно-исследовательской работе магистров.
Научные результаты и практические рекомендации работы переданы в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», где запланировано создание макетного образца в соответствии с рекомендациями работы и ведется патентование с участием автора. Один патент получен, подана еще одна заявка.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных трудах (из них один за рубежом), в том числе 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 81 рисунков, 10 таблиц, список использованных источников из 98 наименования, 3-х приложений. Общий объём работы 160 страниц.
Выводы по обзору литературных источников и постановка задач исследования
Однако, применение авторезонансного возбуждения на пьезоэлектрических преобразователей, обладающих высокой добротностью, позволяет употреблять мощность более чем в 10 раз ниже, а КПД становится намного выше. Также пьезоэлектрические излучатели, во время работы, нагреваются меньше и их стоимость ниже, чем у магнитострикционных.
Если для производства магнитострикционных преобразователей требовалось большое количество никеля, их производство было достаточно трудоёмким, а для охлаждения требовалось водяное охлаждение, то пьезоэлектрические преобразователи лишены всех этих недостатков.
Выполненный анализ работ, посвященных вибрационному резанию с применением низких и высоких частот, процессам происходящим при ультразвуковом резании и авторезонансным системам позволяет сделать следующие выводы: 1. Проблема исследования новых методов обработки материалов является одной из фундаментальных проблем современного машиностроения. В частности ультразвуковое точение - один из перспективных методов для решения этой проблемы. По этой причине, исследование применения и оптимизации использования ультразвукового эффекта при механической обработке продолжает оставаться актуальной задачей. Важность этой проблемы увеличивается в условиях современной металлообработки, которая характеризуется появлением современных материалов с особыми свойствами и повышением требований к качеству продукции. 2. В опубликованных работах отсутствует однозначное мнение о характере влияния колебаний на стойкость инструмента. Однако, большинство авторов склонны считать, что для твердых сплавов имеет место некоторая предельная амплитуда колебаний, при достижении которой резко увеличивается износ инструмента, причем с увеличением частоты величина предельной амплитуды уменьшается. 3. Как видно из проанализированных работ, применение магнитострик-ционных преобразователей не является экономически целесообразным из-за большого употребления энергии, низкого КПД и их высокой стоимости. Таким образом, для развития метода механической обработки с применением ультразвукового эффекта, нужно использовать другие виды преобразователей, позволяющих устранить проблемы, появляющиеся у магнитострикционных преобразователей. 4. Изучение опубликованных работ по авторезонансным системам показывает, что применение такой системы для пьезоэлектрических преобразователей является решением проблем указанных в п. 3. Таким образом, появляется необходимость создания и исследования стенда для изучения ультразвукового точения на основе пьезоэлектрических элементов с авторезонансной системой, позволяющей автоматически выходить на резонанс с максимально возможной амплитудой. 5. Во всех изученных работах по ультразвуковой обработке, единогласно все авторы говорят о повышение эффективности СОТС при ультразвуковом точении. У некоторых авторов есть мнение о том, что СОТС, в этом случае, значительно влияет на состояние структуры поверхностного слоя обрабатываемого материала и тем самым позволяет относительно уменьшить силы резания и повысить качество обработанной поверхности. Следует отметить, что вопросы., применения ультразвукового преобразователя на основе пьезоэлектрических элементов, управляющих авторезонансной системой, исследовались в работах института машиноведения им. А.А. Благонравова и ЗАО «Национальная технологическая группа». Однако, основными задачами исследования являлись, как правило, создание, применение и изучение самой авторезонансной системы для механической обработки. Задача изучения эффектов, возникающих в процессе резания при применении авторезонанса, в этих работах не ставилась, так как подобных систем раньше не было и главной задачей, являлось ее создание. С учетом результатов анализа исследований, выполненных по тематике диссертации, цель работы формируется следующим образом: поиск направлений повышения качества токарной обработки в условиях применения тангенциального вибрационного резания. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: - Создать лабораторный стенд для изучения механизмов ультразвукового воздействия на процесс резания. Определить положительные и отрицательные факторы применения ультразвукового точения. Определить факторы, способные позитивно воздействовать на процесс ультразвукового точения. - Исследовать влияние ультразвукового воздействия при точении на качество поверхности и поверхностного слоя, на формирование стружки. - Исследовать динамические характеристики упругой системы ультразвуковой установки. - Исследовать влияние ультразвукового воздействия на стойкость режущего инструмента, изучить природу этого влияния, определить пути повышения стойкости инструмента при ультразвуковом воздействии на процесс резания. - Исследовать влияние СОТС на процесс ультразвукового точения, изучить природу влияния СОТС на качество ультразвукового точения. - Разработать рекомендации по совершенствованию ультразвуковых установок для ультразвукового точения, определить области эффективного применения систем с вибрационным воздействием на процесс резания.
Анализ динамической жесткости применяемого приспособления
Данная схема крепления вибрационной головки, обеспечивала приемлемую жесткость упругой системы при чистовом точении. Однако, стоит отметить, что наблюдались огромные величины отклонения резца в различных направлениях в случае использования ее в широком диапазоне режимов чернового точения. Отклонение резца не позволяли выдержать заданные требования к качеству изделия. По этой причине автор работ [60] пересмотрел схемы креплений преобразователя и резца и разработал новую систему крепления ультразвукового преобразователя на станке для черновой обработки (рис. 2.6.).
При точении на вершину инструмента действует равнодействующая сила резания R, которая раскладывается на три составляющие Рх, Ру, Pz. При отклонении вершины режущего инструмента от места закрепления приспособления каждая составляющая силы резания будет создавать крутящий момент, пропорциональный плечу действия соответствующей составляющей. В связи с этим из возможных вариантов приспособлений предпочтение следует отдавать тому, у которого плечи действия составляющих наименьшие. На схеме 2.5 видно, что все составляющие имеют плечо, обеспечивающее соответствующий крутящий момент, отклоняющий вершину инструмента от начального положения.
По результатам вышеуказанной работы автор делает вывод о том, что такая схема конструкции и крепления приспособления для черновой ультразвуковой обработки является наилучшей.
Использованное в наших экспериментах приспособление (рис.2.8), было разработано, изготовлено и предоставлено компанией «Национальная Технологическая Группа» (НТГ).
Схема крепления данного приспособления указывается на рисунке 2.9. Реальный вид устройства показан на рисунке 2.10. В данном приспособлении применяется крепление пьезоэлектрической вибрационной головки к базе в узловой точке колебаний. База преобразователя (основание) в свою очередь крепится на резцедержателе станка или детали, заменяющей его. Минимальный вылет основания для крепления вибрационной головки, а также значительная площадь поперечного сечения деталей должна обеспечить необходимую жесткость системы.
Схема крепления рисунка 2.9 в какой-то степени совпадает со схемой, показанной на рисунке 2.7. На схеме нашего приспособления составляющая силы резания Ру проходит через центр крепления приспособления и не имеет плеча. Эта характеристика данной схемы крепления позволяет увеличить статическую жесткость системы СПИД. Статический анализ жесткости данного преобразователя был проведен по аналогии с анализом, реализованным в работе [60].
Однако кроме статической жесткости необходимо учитывать и динамическую жесткость упругой системы. Эта жесткость может иметь различные значения для разных частот и направлений [36, 39]. В связи с этим вершина режущего инструмента может описывать сложные траектории, которые накладываются на вынужденные перемещения инструмента.
В литературных источниках [49] указывается, что наложение ультразвуковых колебаний практически исключает случаи потери устойчивости при точении. Механизм такого воздействия еще предстоит выяснить. Он интересен тем, что динамическая жесткость упругой системы в условиях применения приспособлений для наложения ультразвуковых колебаний на режущий инструмент остается ниже традиционного крепления резцов. Поэтому механизм сохранения устойчивости в этих условиях составляет определенный интерес. Также предстоит выяснить механизм влияния вынужденных колебаний в сочетании с собственными колебаниями на стойкость режущего инструмента.
Приспособления (рис. 2.8.) состоит из вибрационной головки 1, которая кренится к основанию 2. Инструмент 3, представляющий собой проходной резец с напайной твердосплавной пластиной или с многогранной пластинкой из твердого сплава, крепящейся к торцу вибрационной головки посредством болта 4 с резьбой Мб. Основание 2 крепится к державке 5 болтом 6. Державка 4 крепится на универсальных токарных станках типа 16К20 с помощью стандартного крепления в резцедержателе станка. Для охлаждения вибрационной головки применялся вентилятор 7, который находится на задней стороне основания.
Ультразвуковое точение, с помощью вышеуказанного приспособления, производилось при стандартной кинематике станка, вращением заготовки против часовой стрелки и подачей влево.
Влияние применения СОТС на динамическую характеристику УЗ преобразователя при ультразвуковом резании
При воздействии ультразвуковых колебаний инструмента, можно предположить, что процесс резания проходит более устойчиво. Устойчивое резание - это процесс резания материалов, где присутствуют вибрации в системе СПИД с умеренными амплитудами. При значительных амплитудах вибраций при резании приходится говорить о потере устойчивости. При потере устойчивости на обработанной поверхности заготовки остаются следы относительных колебаний инструмента и заготовки. Это объясняется присутствием интенсивных автоколебаний в системе СПИД.
Как известно, автоколебания влияют на процесс формирование стружки. Известно из литературы, что сливная стружка соответствует устойчивому резанию, а менее устойчивому - сегментная. На рисунке 3.1 иллюстрируются процессы формирования стружки при обработке с ультразвуком и без него, и подтверждается вышесказанное об особенностях формирования сливной и сегментной стружек. Поскольку обработка с ультразвуком сопровождается сливной стружкой, то это подчеркивает, что такая технология способствует повышению устойчивости резания.
Из литературы следует, что причинами возникновения интенсивных автоколебаний при обычном резании металлов могут быть различные физические явления, порой действующие одновременно. Здесь обычно упоминаются падающая зависимость силы резания от скорости резания и фазовое отставание изменения силы резания от изменения толщины среза. Однако автоколебания возникают и на скоростях, где отсутствует падающая зависимость силы от скорости, и при остановке подачи инструмента, где отсутствуют изменения толщины среза.
В работе [36] рассмотрен универсальный механизм возникновения автоколебаний, основанный на присутствии в упругой системе координатной связи и дискретности процесса стружкообразования. Можно предположить, что это наиболее универсальный механизм возникновения интенсивных высокочастотных автоколебаний, которые сопровождаются свистом с высоким уровнем звукового давления, и малозаметных автоколебаний, обязательно присутствующих при резании практически всех материалов.
Проявление координатной связи заключается в том, что под действием силы резания вершина режущего инструмента смещается в общем случае не только по направлению действующей силы, но и в перпендикулярном направлении. Это происходит из-за того, что жесткость упругой системы на вершине режущего инструмента различна для разных направлений, а главные оси жесткости не совпадают с координатными осями станка (рис. 3.2). При резании вершина резца находится в условиях всестороннего сжатия, где любые перемещения кроме тангенциального стеснены.
Силы, препятствующие движению инструмента в ортогональных направлениях, определяются силами реакции со стороны адгезионных мостиков, действующих в окрестности вершины инструмента, и силами реакции со стороны материала заготовки и со стороны образующейся стружки, сохраняющей упругие свойства. В момент сдвига элемента стружки разрушаются адгезионные мостики, падают реакции со стороны стружки и детали, и нарушается равновесие сил. Вершина инструмента устремляется к новому положению равновесия, но не по тангенциальному направлению, а по сложной траектории, имеющей смещение по нормали к поверхности резания (рис. 3.3). Количество потенциальной энергии, накопленной к моменту сдвига элемента стружки, зависит от условий резания, износа режущего инструмента, жесткости упругой системы и т. п. Чем больше накопленной энергии расходуется при сдвиге стружки, тем больше амплитуда колебаний.
Та часть потенциальной энергии, которая накопилась за счет деформаций упругой системы по нормали к поверхности резания, будет стремиться создать отклонение траектории вершины от тангенциального направления. Однако интенсивных автоколебаний может и не возникать, если, например, потенциальная энергия расходуется малыми порциями, но с высокой частотой. Именно так и происходит при образовании сливной стружки. Здесь при единичном сдвиге потенциальная энергия уменьшается не более чем на 30 процентов [45], но сдвиги происходят с высокой частотой. Таким образом, опасность возникновения автоколебаний с большой амплитудой заключается не столько в количестве накопленной энергии, сколько в ее релаксации большими порциями. Наиболее полно характер накопленной при резании потенциальной энергии проявляется при быстрой разгрузке режущего инструмента, например, при выходе в шпоночный паз.
На рисунке 3.4 показаны примеры записей виброскорости по оси X (по оси заготовки) при точении валиков, имеющих шпоночные пазы. Выход резца в шпоночный паз ведет к переходу потенциальной энергии в кинетическую, т.е. напоминает момент сдвига стружки. На рисунке 3.4 а видно, что выход резца в паз при точении алюминиевого сплава (в отличие от аналогичной ситуации при обработке мрамора на рисунке 3.4 б) сопровождается резким ростом виброскорости по оси X.
Экспериментальное подтверждение механизма влияния СОТС на стружкообразование при УЗ точении
Обработка хрупкого материала является сложной и дорогой операцией, поэтому здесь приходится прибегать к технологиям шлифования и полирования. Однако, в некоторых случаях, например, при обработке асферической оптики актуальность точения с каждым годом возрастает. В связи с актуальностью проблемы были сделаны пробные эксперименты по обработке стеклянных заготовок на токарном станке с использованием ультразвуковых технологий с применением различных СОТС.
Первый опыт заключался в строгание канавки в стекле с использованием ультразвуковых колебаний вершины инструмента вдоль направления его движения (рис. 3.31). Была получена канавка с гладкими контурами, а при обычной обработке получилась канавка со сколами (рис. 3.27). Строгание по стеклу было проведено со скоростью подачи Vs = 20,8 мм/мин и t = 0,2 мм.
Гладкий контур обработанного стекла доказывает, что энергия удара резца концентрируется в малом объеме срезаемого слоя в направлении, совпадающем с направлением скорости движения. Маленькое сечение хрупкого материала не в состояние противостоять усилию, приложенному со стороны инструмента. Материал разрушается локально при каждом ударе в виде дисперсного порошка. Это обеспечивает минимум колебаний, перпендикулярных к направлению движения, и постоянство глубины резания.
Интересен тот факт, что в ходе строгании стекла с применением ультразвуковых колебаний, значение глубины резания было увеличено до t = 0,5 мм. Данное увеличение не оказало заметного влияния на вид образовавшихся контуров. Единственное изменение заключалось в увеличении размеров канавки, оставленной после обработки. Таким образом ультразвуковое резание позволяет увеличить глубину резания, при обработке хрупких материалов, не вызывая разрушений обработанной поверхности. В процессе проведения исследований было использовано в качестве материала оптическое «лазерное» стекло на силикатной основе марки ГЛС1.
Результаты точения оптического стекла с наложением ультразвуковых колебаний на режущий инструмент дали хорошие показатели. Видимо, меха -99 нические свойства стекла были таковы, что импульсное воздействие на отделяемый материал обеспечивало минимальное трещинообразование на обработанной поверхности (рис. 3.33).
Стеклянная заготовка установилась с эксцентриситетом для того, чтобы отслеживать изменение качества получаемой поверхности в зависимости от глубины резания. Этот эксцентриситет давал биение заготовки и был равен 0,2 мм. Исходная поверхность стекла была обработана шлифованием и благодаря этому, можно было отличить качество двух разных видов обработок.
На рисунке 3.33 а виден момент врезания инструмента в стекло. За счет биения заготовки это место имеет наименьшую глубину резания. Хорошо за -100 метно, что глубина не достаточна для того, чтобы оставить хороший след на поверхности, несмотря на это оставленные следы имеют постоянство формы и отсутствие сколов. Рисунок 3.33 б иллюстрирует поверхность обработки с наибольшим значением глубины резания. Картина очень интересная, так как оставленные канавки имеют отличную форму. Сколы отсутствуют, несмотря на то, что глубина составила 0,2 мм. Следующие две фотографии 3.33 виг показывают место выхода вершины резца из зоны резания. Здесь, как и в зоне врезания, глубина наименьшая. На верхней части фотографий видна белая матовая поверхность. Эта поверхность - исходная и является результатом процесса шлифования стекла. На обеих фотографиях хорошо видны отличия поверхностей двух разных методов обработки. При трудоемкой обработке (шлифовании) поверхность получается более мутная, а при ультразвуковом резании - более гладкая и равномерная. Обращает на себя внимание тот факт, что при уменьшении глубины резания в местах выхода инструмента качество поверхности улучшается. Она становится более прозрачной, количество дефектов уменьшается. По литературным данным, для пластической обработки стекла глубина резания не должна превышать 0,05-0,1 мкм. На основании экспериментов можно полагать, что при наличии ультразвуковых вибраций глубина пластического резания стекла может быть больше. Однако для промышленных ультразвуковых установок для резания стекла необходимо создать такие конструкции, которые обеспечивали бы высокую радиальную жесткость упругой системы и минимальные относительные колебания. Нам стало интересно узнать, будет ли повторяться эффект, полученный при обработке оптического стекла на других видах стекла.
В качестве материала для последующих исследований использовалось обычное бутылочное стекло. Это стекло было обработано с применением ультразвуковых колебаний инструмента, без него и с применением мыльного раствора в качестве СОТС. На рисунке 3.34 приводится общая картина поверхностей, обработанных при использовании ультразвука. Наблюдаются четыре участка. Самый крайний участок справа, назовем его первым, бьш обработан с ультразвуком и без СОТС. Левее от первого участка, находится участок, обработанный без ультразвука. Третий участок, имеет поверхность, обработанную с наложением ультразвуковых колебаний на изношенный инструмент. А последний участок бьш обработан с ультразвуковыми колебаниями, наложенными на острый инструмент и с применением мыльного раствора.
Заготовка была установлена на станке с биением равным 0,6 мм. Биение заготовки было использовано для наблюдения за влиянием на качество поверхности изменения глубины резания на участках выхода инструмента из зоны резания. На рисунке 3.35 а - з изображены, в увеличенном виде, примеры получаемых поверхностей для каждого участка.
На фотографиях видно, что наилучшая поверхность - первая справа, а наихудшие - вторая и четвертая справа налево. Третья поверхность, несмотря на применение изношенного инструмента, гораздо лучшее, чем наихудшие поверхности, обработанные острым резцом, но без ультразвука и с ультразвуком плюс СОТС соответственно.
