Безабразивная ультразвуковая финишная обработка (БУФО)

Проблема создания эффективных методов упрочнения поверхностей деталей, является одной из самых важных в машиностроении. Большинство деталей работает в условиях интенсивного износа, при высоких контактных нагрузках и неблагоприятных условиях воздействия окружающей среды.
Одним из наиболее эффективных способов упрочнения деталей является поверхностное пластическое деформирование (ППД), сущность которого заключается в том, что деформирующий элемент (индентор) прижимается к поверхности обрабатываемого изделия. В результате пластической деформации поверхностного слоя увеличивается твердость, образуются сжимающие напряжения, снижается шероховатость, что благоприятно влияет на ресурс деталей.
ППД ультразвуковым инструментом, которое в технической литературе имеет несколько названий: безабразивная ультразвуковая финишная обработка (БУФО), ультразвуковая финишная обработка (УФО), ультразвуковая импульсная упрочняюще-чистовая обработка), вследствие своих особенностей (высокой частоты, силы ударов) ведет к более существенному изменению микроструктуры поверхностного слоя. Кроме того отличительной особенностью БУФО от других известных методов пластического деформирования является значительная скорость деформации. При таком динамическом воздействии на металл изменяются его механические свойства: увеличивается усталостная прочность, пределы текучести и прочности, сопротивляемость износу на истирание, коэффициент отражения света; уменьшаются относительные удлинение и сужение, электропроводность, магнитная проницаемость, теплопроводность, коэффициент затухания поверхностных звуковых волн; увеличивается коррозионная стойкость.

Принцип работы

Комплекс для ППД состоит из ультразвукового генератора, ультразвукового инструмента, соединительного кабеля и эксплуатационной документации.
Инструмент представляет собой ультразвуковую колебательную систему, состоящую из ультразвукового магнитострикционного преобразователя и волновода-концентратора, к торцу которого присоединяется индентор. В процессе упрочняющей обработки инструмент прижимается к обрабатываемой поверхности (рис.1).
Экспериментальные исследования показали, что в процессе обработки между деформирующим элементом и обрабатываемой поверхностью возникает периодический контакт с частотой ультразвуковых колебаний. В момент контакта мгновенные напряжения существенно выше средних, что вызывает значительную пластическую деформацию. Также как и для других методов поверхностного деформирования (выглаживание, обкатывание, дорнование и др.) в результате обработки уменьшается шероховатость поверхности.

Рис. 1. Схема поверхностного пластического деформирования при ультразвуковой упрочняющей обработке

В целом процесс ультразвуковой обработки характеризуется следующими факторами:

• формой и радиусом r рабочей части инструмента, мм;
• амплитудой колебаний индентора, 2А;
• величиной силы прижима инструмента к детали Рст, кгс;
• величиной динамического воздействия Р, Н;
• подачей S, мм/оборот;
• числом прохода инструмента i;
• окружной или линейной скоростью заготовки V, м/мин;
• применяемой смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ).

---

Образцы деталей из различных материалов обработанные БУФО

Обработка листа δ=1,0 мм
Марка AISI 321 (08Х18Н10Т)
Выполнено на токарном станке.

Обработка листа δ=10,0 мм
Марка AISI 321 (08X18H10T)
Выполнено на фрезерном станке

Рис. 2 Схема БУФО на примере использования в качестве оборудования токарного станка

---

Образцы деталей из различных материалов обработанные БУФО

Обработка  стали, бронзы, титанового сплава

Образцы деталей из различных материалов обработанные БУФО

Обработка различных алюминиевых сплавов