超声波加工码瑙的实验研究

　　金刚石为目前已知最硬的材料,而超声波适于对硬脆材料的加工.以往的超声波加工都是采用游离的磨料进行的.研究成果表明:超声波加工中,磨料的硬度与材料去除率成正比,但即使采用金刚石磨料,与B4C相比,提高幅度也不超过50%,相反其加工成本却要增加十几倍[1～3].本实验结果表明:采用电镀方法制取的金刚石工具是可以进行超声波加工的.用该方法对玛瑙加工时,比普通加工的材料去除率提高十几倍,而加工成本也低于一般超声加工.同时加工后表面粗糙度和加工精度也较为理想,从而解决了超声波加工玛瑙,尤其是深小孔加工效率低这一难题.

　　电镀金刚石工具头加工玛瑙实验目的有以下几个:

　　(1)采用电镀法沉积金刚石磨料工具进行超声波加工的可行性;

　　(2)研究该加工方法的加工参数与材料去除率的关系以确定最佳的加工参数;

　　(3)分析该方法达到的精度和表面质量;

　　(4)分析材料的去除过程.

　　1　实验条件和结果

　　1.1　实验条件

　　超声波加工机床功率250W,频率20kHz;工具头直径5mm,金刚石磨料的粒度为120#;

　　工作台转速为0～2480r/min无级调速;

　　工件材料为玛瑙球,循环水冷却;

　　加工中的静压力通过平衡砝码调节.

　　1.2　实验结果

　　在上述条件下,工作台转速为2400r/min,改变加工中的静压力,得到一组加工压力与材料去除率之间关系曲线,见图1.

　　从图1中清楚地看到,当转速一定,加工中的静压力为16N时,材料的去除率达到最大为326.3mm³/min.在上述条件下,如果采用游离的金刚石磨料进行加工,其最大的材料去除率也仅达90mm³/min[4].

　　采用电镀法沉积金刚石工具头加工玛瑙时,影响材料去除率的另一参数是转速,为简化分析,仅研究加工压力为15N时的转速与材料去除率的关系.

　　从图2中可知,转速与材料去除率之间是正比关系,在实验中发现:当加工压力为15N,转速为2400r/min时,虽然材料去除率比较高,但此时材料的破损也非常严重,尤其在工具头的出口处更为明显.使工件的表面质量和尺寸精度受到很大影响.这主要是由于起切削加工作用的金刚石刃部大都是负前角,加工时挤压摩擦比较大,而在转速较小时,超声振动作用可以降低这种摩擦作用,因此在曲线的前段,去除材料是通过耕犁,锤击,空化作用完成的.随转速的提高,冲击和挤压作用不断增强,玛瑙是典型的脆性材料,因此,此时的材料去除又是以挤压破碎为主.

　　电镀法沉积金刚石工具头进行超声加工时被加工工件的表面质量和加工精度也是很重要的内容.在工具头振动频率为20kHz;工具头的振幅为15μm、工件转速为2400r/min,工具头直径5mm、冷却液为普通水的条件下,测得加工后孔的表面粗糙度和精度:表面粗糙度RZ=2.5μm;孔的精度为.