Влияние дробления и смены абразива на изменение скорости обработки

Изменение концентрации абразива под инструментом

Мы показали, что скорость обработки зависит от амплитуды колебаний, давления прижима, а также от концентрации абразива и распределения частиц абразива по размерам. При постоянстве указанных параметров скорость обработки не должна изменяться по мере углубления инструмента. Однако известно, что она существенно падает с увеличением глубины отверстия. По-видимому, это объясняется изменением концентрации или размеров зерен абразива, находящихся в рабочем зазоре под инструментом. В процессе ультразвуковой обработки часть зерен абразива дробится и вместо них приходят новые. Поэтому будет изменяться не только число частиц, но и их размер.

В ряде экспериментальных работ [22, 30, 31] отмечалось, что уменьшение скорости обработки связано с уменьшением концентрации абразива под инструментом. С применением скоростной киносъемки были проведены специальные исследования изменения концентрации абразивных зерен в процессе обработки непосредственно под инструментом [17, 36]. Одновременно в некоторых экспериментах определялось изменение скорости углубления инструмента (рис. 29), которое соответствует полученной ранее зависимости (1). Было найдено, что частицы абразива беспорядочно движутся под инструментом. На движение частиц в большей степени влияют кавитационные и газовые пузырьки, которые также хаотически перемещаются в рабочем зазоре. Непрерывное движение и вращение частиц абразива благоприятствует равномерному разрушению материала в процессе ультразвуковой обработки.

Сопоставляя пленки, заснятые при различной глубине реза, можно установить характер изменения концентрации абразива при углублении инструмента. На рис. 30 приведены кадры, относящиеся к различной глубине реза. (Сплошной линией обозначена найденная ранее зависимость.) Эти данные позволяют полностью проследить изменение концентрации абразива с глубиной и влияние этого фактора на скорость обработки.

В начальный момент при малой глубине (рис. 30, а) процесс обработки имеет нестационарный характер, суспензия абразива беспорядочно пульсирует, частицы абразива то всасываются в зазор, то выталкиваются обратно; число частиц абразива резко изменяется от периода к периоду. В одни моменты времени суспензия заполняет целиком все пространство под инструментом, в другие остается лишь тонкий слой по краю, а средняя часть поверхности свободна от частиц абразива. При этом средняя концентрация под инструментом значительно меньше концентрации абразива в суспензии, подаваемой к месту реза. Скорость обработки при этой глубине невелика. По мере углубления инструмента число частиц абразива также возрастает, суспензия абразива начинает заполнять центральную часть обрабатываемого отверстия. Увеличение числа частиц абразива под инструментом заметно на другом кадре (рис. 30, б), которому соответствует глубина 0,5 мм. Сопоставляя полученные данные с зависимостью скорости обработки от глубины реза, видим, что скорость обработки в этом случае также больше, чем в начальный период.

При углублении инструмента около 1 мм скорость обработки увеличивается до максимума. Одновременно суспензия абразива заполняет весь рабочий зазор между инструментом и обрабатываемой поверхностью, а частицы абразива более или менее равномерно распределяются по всему объему (рис. 30, в). При дальнейшем увеличении глубины концентрация абразива практически не изменяется.

Таким образом, наблюдаемое увеличение скорости в начальный период связано с изменением концентрации абразива при малой глубине обработки. Однако при углублении инструмента свыше 1—2 мм (рис. 30, г) изменение скорости обработки уже нельзя объяснить этим фактором. Как было замечено, с увеличением глубины происходит измельчение частиц абразива. Если при малой глубине отдельные частицы абразива видны, то при углублении инструмента на 5 мм различить их значительно труднее. Можно предположить, что уменьшение скорости обработки с глубиной связано с дроблением зерен.