Влияние дробления зерен абразива на уменьшение скорости ультразвуковой обработки

В практике известно, что по мере увеличения продолжительности работы суспензии скорость ультразвуковой обработки уменьшается. Некоторые пытались произвести оценку износа суспензии абразива в процессе обработки и влияние его на скорость обработки [51—53]. Так, сравнение микрофотографий, соответствующих разной длительности работы — от нескольких секунд до 9 час, в работах [52, 53] показало, что зерна абразива с течением времени непрерывно измельчаются. При этом было установлено, что количество мелких частиц увеличивается быстрее, чем частиц средних размеров. Время, в течение которого абразив теряет свои режущие свойства, по данным работы [51] составляет 5—10 сек. В работе [53] производительность обработки сопоставлялась со степенью разрушения зерен абразива, которая определялась периодическим фотографированием суспензии абразива. В результате было показано, что причина уменьшения производительности кроется в измельчении абразива; установлена корреляция между средним размером зерен абразива и производительностью обработки.

Однако указанные эксперименты дают лишь общее представление о влиянии дробления абразива на изменение скорости обработки, поскольку анализ производился путем выборки частиц из общей массы суспензии. В этом случае частицы абразива, измельченные в рабочем зазоре, смешивались с остальными, так как число зерен, находящихся в рабочем зазоре, много меньше общего количества частиц в суспензии. Полученные результаты дают сильно заниженную скорость дробления. Специально поставленные эксперименты [54] подтвердили, что значительное уменьшение скорости обработки при углублении инструмента вызвано измельчением абразива в рабочем зазоре. Суспензию абразива, находящуюся в рабочем зазоре, по достижении определенной глубины отверстия, извлекали из зазора и фотографировали. Из полученных микрофотографий определялось распределение частиц абразива по размерам, соответствующее определенной глубине отверстия. На рис. 31 в качестве примера приведено исходное распределение зерен абразива на глубине 1 и 2 мм при постоянной силе прижима и амплитуде колебаний. Сравнивая распределение абразива в рабочем зазоре с исходным распределением, следует отметить, что максимальный размер крупных зерен абразива при работе уменьшается, а число мелких частиц возрастает. Таким образом, распределение становится несимметричным относительно максимума.

Относительное увеличение числа мелких частиц в распределении объясняется появлением большого количества мелких частиц при дроблении крупных зерен.

Уже из предварительного рассмотрения ясно, что характер распределения частиц абразива при работе существенно отличается от распределения исходного абразива. Симметрия кривой нарушается, тогда как распределение исходного абразивного порошка симметрично. В результате проведенной статистической обработки данных было установлено, что распределение имеет все четыре момента, не равные нулю, а величина их изменяется при изменении одного из параметров обработки, например, давления прижима или глубины обработки.

Как известно, распределение исходного абразива описывается одно-параметрической кривой вида (5), причем для порошка любой зернистости средний размер равен утроенному основному отклонению.

В качестве первого приближения в работе [54] была сделана попытка описать распределение рабочих частиц в суспензии абразива при помощи однопараметрической кривой. Оказалось, что частота появления частиц размером больше среднего соответствует распределению вида (5), в котором в качестве параметра взято основное отклонение (рис. 32). Несоответствие частоты появления частиц, размер которых меньше среднего, результатам вычислений по найденному распределению не имеет значения, так как частицы малых размеров заведомо не участвуют в процессе разрушения. Таким образом, с точки зрения процесса разрушения при ультразвуковой обработке распределение частиц абразива по размерам в рабочем зазоре описывается однопараметрической кривой, и характеризуется величиной основного отклонения.

В гл. 2 было показано, что скорость обработки можно представить в виде степенной функции от среднего размера зерен (или основного отклонения).

оказывается линейной при постоянном давлении прижима (рис. 33), что соответствует виду

Из рис. 33 видно, что величина |3 зависит от параметров обработки, в частности, от давления прижима. Чем больше давление прижима, тем выше абсолютная величина [3 и тем значительнее изменение основного отклонения с глубиной.

одинаково. Таким образом, наблюдаемое экспоненциальное уменьшение скорости обработки при углублении инструмента связано с измельчением абразива. Влияние дробления абразива на уменьшение скорости обработки весьма наглядно было показано описанными ниже экспериментами [36].

Определенное количество суспензии помещалось на дно предварительно сделанного отверстия, после чего процесс обработки продолжался без доступа новых порций абразива. Спустя некоторое время после начала эксперимента, суспензию извлекали из углубления и фотографировали под микроскопом. Одновременно процесс углубления инструмента фиксировался на кинопленку. Сравнение микрофотографии абразива, полученной через 0,5—0,6 сек, с микрофотографиями абразива до обработки (рис. 35), показало, что за это время размеры частиц абразива уменьшаются в несколько раз. Скорость обработки падает практически за этот же промежуток времени до нуля (рис. 36).

Если смены абразива не производится, частицы абразива моментально дробятся и процесс обработки прекращается. За время 0,6 сек скорость обработки хотя и уменьшается, но не столь значительно. Если в указанных экспериментах без доступа свежего абразива скорость уменьшается в 40— 60 раз, то при подаче суспензии абразива на поверхность обрабатываемого изделия изменение скорости за то же время не превышает 4—5% .

Сравнительно медленное уменьшение скорости обработки в реальных условиях объясняется тем, что при подаче свежей суспензии абразива к месту реза часть зерен абразива в рабочем зазоре естественным путем заменяется свежими, приходящими извне.