6.3 Ультразвуковое сверление многослойных конструкций, состоящих их слоев хрупкого и полимерного пластичного материалов
Целью исследований являлось установление функциональных возможностей ультразвуковой обработки многослойных конструкций, выполненных из чередующихся слоев хрупкого и вязкого материалов (каковыми могут быть бронестекла, многослойные фольгированные текстолиты, многослойные звукоизолирующие плиты и т.п.). Выполнение отверстий осуществлялось вращающимися рабочими инструментами в виде полых металлических трубок с внешней цилиндрической или конусной поверхностями и алмазосодержащими рабочими инструментами в виде цилиндров.Следует сразу отметить, что применение рассмотренных выше рабочих инструментов в виде полых металлических трубок не обеспечило сверление многослойных конструкций, так как после просверливания первого слоя хрупкого материала инструмент начинал скользить по слою вязкого полимерного материала, практически не углубляясь и не прорезая его. Поэтому, для сверления многослойных конструкций из стеклянных листов, соединенных слоем нетвердеющего полимерного материала использовались трубчатые рабочие инструменты с пазом, выполненным вдоль диаметра рабочего инструмента. Наличие паза обеспечивало быстрое разрезание полимерного слоя и возможность ультразвукового сверления многослойных конструкций.
Результаты, полученные при выполнении отверстий вращающимися инструментами в виде цилиндрической и конусной полых металлических трубок с продольным пазом, сравнивались с параметрами ультразвуковой обработки вращающимися алмазосодержащими инструментами.
В таблице 6.3 приведены результаты сверления листов стекла различной толщины при использовании рабочего инструмента в виде полой металлической трубки и абразивной суспензии, а также при использовании алмазосодержащего инструмента.
Таблица 6.3 - Скорость ультразвукового сверления многослойных стеклянных композиций различной толщины рабочими инструментами в виде цилиндрической и конусной металлической трубки с применением абразивной суспензии и алмазосодержащего инструмента
|
Частота вращения инструмента, об/мин |
Скорость сверления многослойных стеклянных конструкций, мм/мин |
|||||
| двухслойная (13 мм) | трехслойная (20 мм) | |||||
| цилиндрический | конусный | алмзосодержащий | цилиндрический | конусный | алмзосодержащий | |
| 300 | 2,6 | 2,3 | 1,8 | 2,5 | 2,2 | 1,4 |
| 1500 | 4,6 | 3,8 | 7,6 | 4,2 | 2,8 | 4,9 |
| 3000 | 8,2 | 6,1 | 11,5 | 6,5 | 4,8 | 7,0 |
Из полученных результатов следует:
- Скорость сверления многослойных композиций алмазосодержащим рабочим инструментом с водой без применения абразивной суспензии и цилиндрическими металлическими инструментами с применением абразивной суспензии растет с увеличением частоты вращения рабочего инструмента;
- За счет придания вращения рабочему алмазосодержащему инструменту скорость сверления возрастает от 0 до 11,5 мм/мин при сверлении двухслойной стеклянной композиции и от 0 до 7 мм/мин при сверлении трехслойной композиции. Среднее значение скорости сверления возрастает в 5...6 раз при увеличении частоты вращения от 300 до 3000 об/мин;
- За счет придания вращения рабочему цилиндрическому и конусному инструментам скорость сверления возрастает до 6,1....8,2 мм/мин при сверлении двухслойной стеклянной композиции и до 4,8….6,5 мм/мин при сверлении трехслойной композиции при увеличении частоты вращения от 300 до 3000 об/мин;
- Производительность ультразвукового сверления рабочими инструментами в виде полых цилиндрических и конусных металлических трубок с применением абразивной суспензии на малых частотах вращения превосходит производительность ультразвукового сверления алмазосодержащим инструментом;
- Производительность ультразвукового сверления алмазосодержащим инструментом при больших частотах вращения незначительно превосходит производительность ультразвукового сверления рабочим инструментом в виде полых цилиндрической и конусной металлических трубок с применением абразивной суспензии;
- Производительность ультразвукового сверления алмазосодержащим инструментом сравнивается с производительностью сверления металлическим рабочим инструментом с применением абразивной суспензии при частоте вращения, приблизительно равной 1000 об/мин.
Полученные результаты хорошо согласуются с результатами ультразвукового сверления листовых материалов.
Следовательно, при сверлении многослойных изделий из чередующихся хрупких и вязких материалов ультразвуковое алмазное сверление является более предпочтительным при обеспечении высокой скорости вращения рабочего инструмента.
Выбор способа ультразвукового сверления как листовых материалов, так и многослойных конструкций для практического использования в условиях серийного производства определяется исходя из полученных результатов по производительности сверления, а также исходя из стоимости рабочих инструментов и стоимости абразивного материала.
Самые общие оценки эффективности использования рассмотренных способов сверления вращающимися рабочими инструментами свидетельствуют о преимуществах сверления рабочими инструментами в виде металлических полых трубок с применением абразивных суспензий при мелкосерийном производстве и выполнении штучных отверстий.
Это объясняется меньшей общей стоимостью инструмента и абразива по сравнению с алмазосодержащим инструментом и возможностью изготовления рабочего инструмента любого необходимого диаметра.
В серийном специализированном производстве, более высокая производительность алмазного сверления может обеспечить его большую эффективность.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования ультразвукового способа при сверлении листов стекла и многослойных конструкций различной толщины рабочими инструментами в виде полых цилиндрических трубок с применением абразивной суспензии и рабочими алмазосодержащими инструментами позволили установить следующее:
- Обеспечение вращения рабочего инструмента повышает производительность сверления не менее чем в 3 раза, для металлических инструментов и не менее чем в 5 раз, при использовании алмазосодержащих инструментов;
- Повышение частоты вращения рабочего инструмента от 0 до 3000 об/мин приводит к росту производительности сверления до 7 мм/мин для трубчатого инструмента и до 12 мм/мин при использовании алмазосодержащего инструмента;
- Ультразвуковое сверление с применением трубчатых металлических рабочих инструментов является более эффективным при частоте вращения рабочего инструмента до 600…1000 об/мин, а при частоте вращения от 1000 об/мин до 3000 об/мин более эффективным становится ультразвуковое сверление алмазосодержащим инструментом.
