Экспериментальное исследование характера движения суспензии абразива

Распределение абразива зависит от скорости его разрушения и замены разрушенных частиц новыми, подаваемыми с суспензией к поверхности реза. Эта замена обеспечивается перемещением частиц абразива в боковом зазоре между инструментом и обрабатываемой деталью. Выбор жидкости существенно влияет на скорость обработки. Так, экспериментально [21 ] установлено, что скорость обработки с применением более вязких жидкостей быстрее убывает по мере углубления отверстия, т. е. уменьшение скорости частиц приводит к замедлению обработки.

О механизме подачи частиц абразива с поверхности в рабочий зазор имелся ряд гипотез. Первая [55] предполагала, что суспензия абразива совершает колебательное движение в такт с движением торца инструмента. По мнению других авторов, движение частиц абразива может быть вызвано увеличением их стационарными потоками жидкости [25]. Указывалось также, что на характер движения абразива влияют микропотоки, возникающие вблизи неоднородно колеблющегося тела [56].

Учитывая, что характер движения суспензии абразива имеет большое значение, экспериментально исследовался механизм доставки абразива в рабочий зазор [57]. Фотография применявшейся для этого экспериментальной установки показана на рис. 37. Частицы абразива, движущиеся в боковом зазоре, наблюдались через толщу стеклянного образца на фоне боковой поверхности инструмента. Кинокамера была расположена так, что ось съемки проходила перпендикулярно передней грани образца и плоскости инструмента. Съемку производили с помощью различных кинокамер со скоростью от 5000 до 24 кадров в секунду. Чтобы частицы были видны при любой ориентации их граней, в качестве источника света использовались ртутные лампы СВДШ-250. Свет от ламп фокусировался в плоскости бокового зазора. Эксперименты проводились на ультразвуковом станке мод. 4770 при различной амплитуде колебаний и давлении прижима. Оказалось, что ни один из предполагаемых механизмов смены абразива существенной роли не играет. Только в непосредственной близости от поверхности наблюдался поток суспензии абразива, направление и величина которого определялись подачей суспензии к месту реза. Однако глубина проникновения такого потока не превышает нескольких десятых долей миллиметра, и отсутствие его на изменении скорости обработки практически не сказывается. Стационарное колебательное движение частиц абразива наблюдалось в ряде случаев при малой глубине обработки и соответствует начальной стадии процесса. На этой стадии частицы абразива в суспензии то выталкиваются из-под инструмента, то втягиваются обратно. Однако при углублении инструмента более чем на 0,5—1,5 мм этого движения абразива не наблюдалось.

В реальных условиях обработки (при углублении инструмента более чем на 2 мм) абсолютное большинство частиц абразива в боковом зазоре движется только хаотически, причем мгновенная скорость движения частиц составляет несколько метров в секунду. Процесс этот во многом напоминает диффузию газа. Вследствие того, что частицы абразива часто изменяют направление своего движения, средняя скорость их направленного движения за длительный промежуток времени значительно меньше мгновенной скорости. Хаотическое движение абразива в боковом зазоре основную роль играет при смене абразива. Объясняется оно не столкновением отдельных частиц абразива друг с другом, которое наблюдается сравнительно редко, а характером движения самой жидкости. С увеличением амплитуды колебаний скорость движения частиц абразива возрастает.

На скорость движения частиц абразива влияет также движение пузырьков газа, образовавшихся в результате кавитации жидкости под инструментом. Эти пузырьки, наблюдаемые в боковом зазоре, также движутся хаотически, но скорость их в несколько раз выше, чем скорость частиц абразива. При движении пузырьки увлекают за собой некоторые частицы, вокруг пузырьков образуется сгусток частиц, который перемещается вместе с пузырьком в боковом зазоре и иногда попадает под торец инструмента. Установлено, что это влечет за собой некоторое увеличение средней скорости движения частиц абразива. Следует также отметить, что интенсивно пульсирующие пузырьки расталкивают отдельные частицы абразива, способствуя его перемешиванию.