Методы увеличения производительности обработки

Увеличение скорости обработки при отсосе суспензии абразива

Известные методы улучшения условий подвода суспензии абразива в зону обработки (периодический подъем инструмента, применение специальных конструкций инструментов и др.) позволяли лишь на 20—40% повысить производительность процесса, не изменяя характера зависимости производительности от глубины обработки.

Существенный шаг в решении этой проблемы был сделан фирмой Ле-фельт (ФРГ), предложившей отсасывать суспензию абразива сквозь центральное отверстие в инструменте с помощью вакуумного насоса [64]. Под действием атмосферного давления суспензия абразива, подаваемая на поверхность обрабатываемой детали, засасывается под инструмент и по каналу поступает в приемный резервуар (рис. 41). Выпускаемые этой фирмой станки мод. Диатрон, тип А были оборудованы приспособлениями подобного рода. Это усовершенствование позволило при тех же габаритах и подводимой мощности увеличить их производительность в 2— 3 раза и обеспечить независимость скорости обработки от глубины.

Влияние основных параметров (силы прижима, амплитуды колебаний и площади) на производительность процесса при отсосе суспензии абразива из зоны обработки на станках мод. Диатрон, тип А приведено в работе [6]. Установлено, что при глубине отверстия свыше 0,5 мм скорость обработки достигает некоторого значения, не изменяющегося при углублении инструмента вплоть до 10 мм и более.

Исследование зависимости скорости обработки инструментами различной площади от силы прижима при постоянной амплитуде позволило установить, что скорость обработки вначале возрастает пропорционально давлению прижима, причем коэффициент пропорциональности одинаков для всех инструментов различной площади (рис. 42). Однако при увеличении давления сверх некоторой критической величины скорость обработки начинает падать. Авторы работы [6] нашли, что критическая сила прижима не зависит от площади инструмента. Это объясняется тем, что при силе прижима, превышающей 4 кГ, скорость обработки уменьшается вследствие возникновения изгибных колебаний, а не продольных колебаний, что связано с малой мощностью колебательной системы исследуемого станка.

Об этом говорит и установленная авторами зависимость скорости обработки от амплитуды колебаний при постоянной силе прижима. Пунктирная кривая на рис. 43 показывает предельные значения амплитуд. Так, при площади обработки, не превышающей 50 мм², максимальная амплитуда оказалась равной 45—47 мк, тогда как станок меньшей мощности мод. 4770 в тех же условиях обеспечивает амплитуду колебаний свыше 50—55 мк. Из рис. 43 видно, что скорость обработки с увеличением амплитуды колебаний сначала возрастает весьма значительно (примерно по квадратичному закону), а при амплитудах свыше 30 мк скорость обработки замедляется. Объяснение этой зависимости, приведенное в работе [6], весьма неубедительно. В этой работе влияние быстроты смены абразива на скорость обработки не учитывалось. Исходя из предложенной нами гипотезы [65], это явление объясняется тем, что при большой ампли туде колебаний или силе прижима нарушается равновесие между скоростью дробления зерен абразива в рабочем зазоре под воздействием передаваемого инструментом импульса силы и скоростью поступления туда свежего абразива. Последний фактор в работе [6] не принимался во внимание.

Для выявления того, что действительно происходит при отсосе суспензии из зоны обработки, нужна была экспериментальная установка с мощной колебательной системой, которая имела бы высокий к. п. д. Этим условиям отвечал ультразвуковой станок мод. 4772, мощностью 1,5 кет, оснащенный системой вакуумного отсоса суспензии; схема этой системы соответствовала предложенной фирмой Лефельдт.

На этой установке была исследована зависимость производительности от глубины обработки и силы прижима инструмента к изделию [65]. Полученные результаты приведены на рис. 44.

Для сравнения была построена ранее найденная зависимость производительности от глубины без отсоса суспензии. Кривые показывают что по мере углубления инструмента производительность падает до нуля, причем тем быстрее, чем больше сила прижима. Происходит это потому, что при большей силе прижима скорость дробления абразива увеличивается. Однако при малой глубине обработки благодаря лучшим условиям сменяемости суспензии производительность выше при Р_пр = 0,52 кГ/см² чем при Р_пр = 0,21 кГ/см²

При введении отсоса и создании в промежуточном баке разрежения около 1 мм рт. ст. оказалось, что производительность обработки при углублении инструмента не изменяется. Это совпадает с данными работ [6, 64]. Однако, если при малом давлении прижима скорость обработки при отсосе почти не увеличивается по сравнению с максимальной при том же давлении прижима без отсоса, то при большей силе прижима и при введении принудительной смены абразива скорость увеличивается.

В отличие от данных работы [6], увеличение силы прижима свыше 4—6 кг привело к существенному росту производительности обработки (рис. 45). Наибольшая производительность (7000 ммг1мин) была достигнута с инструментом площадью 12,3 см2 при давлении прижима около 1,1 кГ/см², что соответствует силе прижима около 13 кГ. Однако производительность несколько уменьшалась при углублении инструмента. Большая сила прижима приводила к уменьшению производительности.

Физически это можно объяснить следующим образом: с увеличением силы прижима растет максимум силы при ударе инструмента, вследствие чего производительность увеличивается. Однако при определенном значении силы прижима, по мере углубления инструмента скорость дробления абразива начинает превышать скорость поступления свежей суспензии в рабочий зазор, и производительность начинает убывать с глубиной, хотя на малой глубине обработки она еще продолжает расти, так как здесь расход суспензии несколько больше, чем при углублении инструмента и связанным с этим увеличением гидравлического сопротивления в боковом зазоре. Наконец, сила прижима достигает такого значения, при котором равновесие между скоростями дробления абразива и поступления свежего (на малой глубине) нарушается, что приводит к абсолютному уменьшению производительности. Такая зависимость сохраняется и при других площадях. Как и следовало ожидать, оптимальная сила прижима при отсосе суспензии — величина не постоянная, она растет пропорционально увеличению площади обработки. Аналогичные результаты были получены при исследовании зависимости производительности от амплитуды колебаний. Оказалось, что увеличение амплитуды свыше 55—60мк снижает скорость обработки.

Экспериментально исследована зависимость производительности от скорости смены суспензии абразива в рабочем зазоре. Результаты представлены в виде кривых на рис. 46. Скорость отсоса в этих опытах регулировалась изменением разрежения в системе циркуляции суспензии абразива. Анализ кривых показывает, что увеличение скорости отсоса суспензии действительно приводит к значительному увеличению производительности. При глубине до 1 мм производительность обработки составляет 425 мм³/мин, если нет отсоса суспензии, и увеличивается до 1100 мм³/мин, (кривая 1) по мере увеличения разрежения. Еще более значительное изменение производительности наблюдается при большей глубине обработки (кривая 2, глубина 10 мм). В этом случае производительность обработки без отсоса близка к нулю, а при скорости отсоса 180 см³/мин. она становится равной производительности на глубине 1 мм. Дальнейшее увеличение скорости отсоса до 260 см³/мин к заметному повышению производительности не приводит. Отсюда следует, что увеличением скорости отсоса при малом давлении прижима нельзя добиться существенного повышения производительности ультразвуковой обработки. Необходимо увеличивать также давление прижима. Действительно, увеличение давления прижима почти в 1,5 раза позволяет существенно повысить производительность как на глубине 1 мм, так и на глубине 10 мм (кривые 3 и 4).

Попытка дальнейшего увеличения давления (до 2,9 кГ/см²) не дала желаемого результата: призводительность упала, причем на глубине 10 мм больше, чем на глубине 1 мм (кривые 5 и 6). Такое явление может быть следствием лишь недостаточной скорости смены суспензии абразива в рабочем зазоре. Однако увеличить скорость отсоса свыше 260 см61мин на станке мод. 4772 оказалось невозможно, так как для этого потребовалось бы создать разрежение порядка 1 мм рт. ст., что практически соответствует перепаду давлений в 1 атм. Очевидно, что при отсосе суспензии большего перепада давлений, определяющего скорость суспензии абразива в рабочем зазоре, создать нельзя.

Нельзя значительно увеличить скорость обработки, увеличивая только скорость отсоса и, наоборот, при постоянной скорости отсоса увеличение силы прижима будет эффективно только до определенного значения. Для дальнейшего повышения производительности обработки, наряду с увеличением силы прижима, необходимо увеличивать и скорость смены суспензии. Однако система отсоса абразива не позволяет обеспечить необходимую сменяемость абразива в зоне обработки, поскольку перепад давления, определяющий скорость движения суспензии, в этом случае не может быть больше 1 атм.