3.7 Шероховатость

Шероховатость обработанной поверхности за­висит от размера зерен применяемого абразива, твердости обрабатываемого материала и располо­жения обрабатываемой поверхности по отношению к направлению ультразвуковых колебаний инстру­мента (табл. 3.5).

Таблица 3.5 Показатели широховатости поверхности после УЗО

Зернис­тость абра­зива (ГОСТ 3647—80)	Размер зерен абразива, мкм	Шероховатость Rа, мкм
		боковых поверхно­стей, параллельных направлению колебаний	торцовой поверхности, нормальной к направлению колебаний
№10	85—105	Rz 20	1,25
№5	46—63	2,5	1,63
№3	28—42	1,25	0,32

3.7. Проектирование инструмента

При проектировании инструмента необходимо рассчитать поперечные сечения, распределение амплитуд напряжений и смещений

Если заданы размеры входного и выходного поперечных сече­ний, то по кривой 1 (рис. 3.3) определяют коэффициент транс­формации М.

Если же задан коэффициент трансформации М, то по кривой 1 определяют соответствующее значение отношения вход­ного и выходного приведенных радиусов R_l/R₀, затем по кривой 2 находят отношение длины инструмента к длине волны K₁ = l/_пр.

Рис 3.3 К расчету коэффициента трансформации

Чтобы вычислить длину инструмента, необходимо рассчитать длину продольных волн.

_пр= (3.2)

Значение скорости звука вдоль инструмента (Cпр) для данного материала рассчитывается или берется из таб­лиц. Зная длину волны _пр, определяем длину стержня l из соотно­шения l = K₁_пр. Кривая 3 позволяет найти отношение координаты узла скоростей к длине инструмента x₁/l.

Пример. Частота колебаний инструмента f=18,0 кГц; материал инструмен­та— алюминиевый сплав АМг6; выходной радиус инструмента Ro = 8 мм; коэф­фициент трансформации М = 2,5.

Зная коэффициент трансформации, по кривой 1 (рис. 3.3) находим отно­шение приведенных радиусов на входе и выходе инструмента: R₁/R₀=3. Отсюда R₀ = 3R_i = 24 мм. По кривой 2 для значения R_l/Rо = 3 находим отношение K₁ = l/_пр= =0,55. Чтобы вычислить длину инструмента l, определяем по формуле (3.2) длину волны продольных колебаний. Для сплава АМг6 скорость звука c_пр = 5200 м/с. При частоте колебаний f=18-10³ Гц длина волны в сплаве АМг6 _пр = 288 мм.

Длина конического инструмента l = K₁_пр = 158 мм. По кривой 3 найдем точку расположения узла скоростей: К₂=x₁/l=0,6, откуда х₁=94,8 мм, т. е. на рас­стоянии 94,8 мм от выходного торца инструмента расположен узел скоростей продольных колебаний. Обычно в узле колебаний размещают фланец, с помощью которого коле­бательная система крепится к станку.

Радиусы поперечных сечений конуса рассчитываются по формуле

R_x/Rо = 1+ (R_l/Rо—1)x/l.

При работе в концентраторах и инструментах возникают знако­переменные напряжения. Если эти напряжения велики, то может произойти разрушение материала, поэтому при расчете колеба­тельных систем необходимо определять распределение не только амплитуд смещений по длине концентратора и инструмента, но и распределение амплитуд напряжений и мест расположения пучности напряжений. Сделать это можно, например, для кониче­ского инструмента, используя графики (рис. 3.4), что значительно упрощает расчеты. По этим графикам можно опре­делить координаты пучности напряжений (х₂ на рис. 3.4) по кривой 1 отношения x₂/l и по кривой 2 — относительное значе­ние напряжений  _т в пучности напряже­ний _п.н.. По оси абсцисс отложено отношение приведенных радиусов на входе и выходе инструмента.

Для конического инструмента, пример расчета которого дан выше, по кри­вой 1 на рис.3.4 при отношении R_l/R₀ = 3 отношение x₂/l=0,4, т. е. при длине инструмента l=158 мм пучность напряжений расположена на расстоянии 63 мм от выходного торца. Относительное значение напряжений в пучности, определен­ное по кривой 2, составляет  _т = 0,63_п.н..

Рис.3.4

Далее проектируют технологический процесс, инструмент для ультразвуковой обработки