Ультразвуковая упрочняюще-финишная обработка поверхностей металлических изделий
Палаев Александр Григорьевич
Ультразвуковые технологии — это высокоэффективные и экологически чистые технологические процессы.
В конкурсе на лучшие инновационные проекты в сфере науки и высшего образования Санкт-Петербурга в 2008 году наш проект «Оборудование для ультразвуковой упрочняюще-финишной обработки поверхностей металлических изделий» признан победителем в номинации «Лучший инновационный продукт» в направлении «Индустрия наносистем и материалов».
Награждение победителей конкурса
Оборудование для ультразвуковой упрочняюще-финишной обработки поверхностей металлических изделий предназначено для оснащения металлорежущих станков: токарных, фрезерных, строгальных и т. д. (универсальных и программных).
К современной технике, работающем на предельных скоростях и при больших нагрузках, к её узлам и деталям, предъявляются высокие требования, как по качеству металла, так и по качеству изготовления. Качество поверхностного слоя является одним из главнейших факторов определяющих долговечность машин и механизмов. Обработанная традиционнымиспособами поверхность содержит в себе остаточные макро- и микронапряжения, усталостные макро- и микротрещины, абразивные включения и пр. Для повышения прочности иизносостойкости деталей необходимо применять обработки, улучшающие физические свойства, структуру и микрогеометрию поверхности. В настоящее время используются традиционные способы улучшения поверхности, получившие распространение в промышленности.
Эффективным методом при пластическом деформировании металлов является сообщение инструменту ультразвуковых колебаний. При воздействии ультразвука возникают сложные процессы: наложение динамических знакопеременных нагрузок на статические нагрузки, локальное поглощение ультразвуковой энергии, что в конечном итоге приводит к изменению условий течения металла и облегчению пластического деформирования.
Предварительно деталь (изделие) протачивается на станке с шероховатостью (Rz6,3-2.5), затем на этом же станке производится УЗУФО. Или сразу вслед за резцом с отставанием 3-6 мм. идёт ультразвуковой выглаживатель и получается поверхность заданного класса чистоты обработки (Rz0,1 – Rz0,05). Производительность выше, чем при точении.
При этом одновременно происходит:
- повышение класса чистоты обработки (Rz0,1 – Rz0,025).
- повышение поверхностной микротвёрдости на 50 -100% на глубину до 1 мм.
-снятие остаточных напряжений,
-залечивание поверхностной структуры металла,
- повышение усталостной прочности изделий,
-повышение износостойкости и коррозионной стойкости изделий.
Процесс ультразвуковой упрочняюще-финишной обработки
Комплект для УЗУФО и образцы обработанных изделий
Шток (токарнаяобработка) Шток (ультразвуковая обработка)
Таким способом легко обрабатываются наружные, торцевые и внутренние поверхности любой сложности. Обрабатываются все марки сталей, цветные металлы и их сплавы. Технология УЗУФО позволяет исключить трудоёмкие операции шлифовки, полировки, а иногда и термообработку, экономит производственные площади. Не требуется транспортировка деталей к месту финишной доводки поверхности, так как деталь полностью обрабатывается и доводится на одном станке. Предлагаемая технология и оборудование позволяет механизировать и автоматизировать финишные операции, исключает ручной труд на этих операциях. Производительность труда при этом повышается в 1,5 – 3 раза. Отпадает необходимость в приобретении дорогостоящего импортного станочного оборудования.
Оборудование для ультразвуковой упрочняюще-финишной обработки поверхностей металлических изделий востребовано в областях: машиностроения, автомобилестроения, авиастроения, судостроения и т. д., а также в крупных и мелких ремонтных мастерских.
Комплект оборудования состоит:
1. Ультразвуковой генератор.
2. Ультразвуковая колебательная система.
3. Технологическое устройство.
4. Сменный наконечник с закрепленным индентором из твёрдого материала.
Научно-исследовательский центр ультразвуковых технологий СЗТУ уже более 20 лет разрабатывает, изготавливает и поставляет ультразвуковое оборудование следующего технологического назначения:
1. Ультразвукового резания (точения).
(малая шероховатость (Rz 0,2), высокая точность на станке нормального класса точности)
2. Ультразвуковой упрочняюще-финишной обработки.
(в презентации освещены все достоинства данной технологии)
3. Ультразвуковой сварки металлов, пластмасс.
(сварка разнородных металлов без образования остаточных внутренних напряжений, сварка твёрдых и мягких пластмасс). Прессовая и шовная сварка.
4. Ультразвуковой мойки, очистки деталей.
(высокая производительность, качество, экологичность).
5. Ультразвуковой интенсификации процессов диспергирования, эмульгирования, полимеризации и т. д.
(высокая производительность, качество, экологичность).
В научно-исследовательском центре ультразвуковых технологий СЗТУ, на постоянной основе ведутся научно-исследовательские работы по широкому спектру использования ультразвука в промышленных целях.
Инновационные разработки НИЦУТ широко используются в учебном процессе нашего университета. Разработаны методические пособия, учебно-методические комплексы, лабораторные стенды.
Проводятся лабораторные работы, практические занятия и научно- исследовательская работа.