Как cчитают cпециалиcты, наш век мoжет cтать векoм интенcивнoгo иcпoльзoвания в прoмышленнocти энергии мoщнoгo ультразвука. К примеру, нoвейшая и экoлoгичеcки чиcтая технoлoгия финишнoй oбрабoтки металлoв ультразвуком позволяет упроcтить и удешевить веcь процеcc, заметно улучшив его качеcтво.
Работа отечеcтвенных ученых над данной технологией началаcь довольно давно - почти полвека назад. Именно тогда в различных инcтитутах cтраны очень активно велиcь иcследования в области физических основ ультразвуковых процессов.
Однако конструированию, а в дальнейшем и производству промышленного оборудования, работающего по этому принципу, в немалой степени поспособствовала организация специализированного ООО «Северо-Западный Центр ультразвуковых технологий». Именно специалисты Центра совместно с учеными Санкт-Петербургского государственного политехнического университета сумели реализовать и внедрить в массовую практику технологию БУФО - безабразивной ультразвуковой финишной обработки металлов.
Чудо-приставка
Главное достоинство выпускаемого в Северной столице оборудования для новой технологии в том, что его можно установить на любые токарные, строгальные, плоскошлифовальные и другие станки, предназначенные для металлообработки. Таким образом, комплекты БУФО, являясь всего лишь приставками к типовым станкам, фактически превращают их в многооперационные. Например, чистовое точение детали резцом в заданный размер и финишная обработка поверхности происходят одновременно. В результате полностью отпадает необходимость в отдельном шлифовальном станке.
Переход от технологии чистового точения к финишной обработке осуществляется всего лишь заменой модифицирован
ного под резец излучателя ультразвука. Таким образом, комплект БУФО позволяет обрабатывать детали, не снимая их с центров, от заготовки до 10 класса шероховатости (Ra=0,1 мкм). При этом одновременно происходит упрочнение поверхностной структуры металла, а также повышение опорной и усталостной прочности.
Технология освобождается от абразивных кругов и лент, войлока, притирочных паст и грязной ручной работы. Естественно, исключаются внутрицеховая транспортировка деталей и возможные припуски, экономятся производственная площадь и электроэнергия. При крупносерийном производстве возможны и целесообразны автоматизация и роботизация процесса. Практически во всех отраслях промышленности доказана эффективность использования БУФО на станках с ЧПУ и роботами. Возможна одновременная обработка детали резанием и ультразвуком.
Возможности
С помощью оборудования БУФО можно обрабатывать конструкционные, инструментальные и нержавеющие стали, чугуны, цветные металлы, титановые сплавы и т.п. Более того, обрабатываются различные конструктивные формы деталей: цилиндрические наружные и внутренние поверхности, торцевые, конические и шаровые поверхности, разного рода выступы, прямоугольные и радиусные канавки. Практика использования техники БУФО показывает, что возможна обработка штоков цилиндров, деталей двигателей и арматуры
трубопроводов, фланцев, муфт, дисков разных размеров и назначений, трансмиссий, станков, редукторов, компрессоров, шаровых кранов и т.п.
Последняя разработка Центра ультразвуковых технологий - создание универсального инструмента в комплекте БУФО, который предназначен для комплектования металлорежущих станков и позволяет обрабатывать как наружные, так и внутренние поверхности деталей.
Специалистами были найдены новые приемы построения акустических головок - ГА. Суть нововведения заключается в изменении кинематики и использовании резонирующих стержней, работающих в режиме изгибных колебаний. Такое построение ГА резко увеличивает технологические возможности инструмента - комплектов БУФО.
На сегодняшний день разработано шесть модификаций инструмента, которые снабжаются волноводами с излучателями ультразвука, позволяющими обрабатывать наружные и внутренние поверхности, например, диаметром от 10 до 500 мм и более.
«Секрет» и его показатели
Сравним некоторые данные. Обработка резцом детали из незакаленных сталей обычно дает 4–5 класс шероховатости. После обработки БУФО (за один проход излучателя ультразвука) – 10 класс шероховатости поверхности с Ra~0,1 мкм. Если детали обработаны точением или шлифовкой на 8 класс, БУФО позволяет получить 11-12 класс шероховатости с Ra ~ 0,05-0,025 мкм с одновременным упрочнением поверхностной структуры. Как это получается?
При воздействии ультразвука - удара излучателя о поверхностный слой металла - происходит пластическая деформация микронеровностей поверхности. Уникальность технологии состоит в том, что структура металла существенно изменяется. Как установлено академиком РАЕН и МАН ВШ В.П. Алехиным, на глубине 15–20 мкм от поверхности обработки металла возникают слои наноструктур с размером зерна 5-10 нм. Остаточные напряжения трансформируются в сжимающие.
Микротвердость обработанного слоя, например, стали увеличивается на 5-35%. Повышается усталостная прочность, до 90% увеличивается опорная поверхность. Некруглость геометрии детали после резца снижается на 25-30%. Использование БУФО при условии твердого точения
детали в размере исключает необходимость применения шлифовальных станков. Таким образом, становится реальной технология обработки деталей за одну установку без съема ее с центров.
Практическое использование данного оборудования дает немалый экономический эффект. Согласно практике ряда заводов РФ, производительность техники увеличивается в несколько раз. Технология финишной обработки металлов ультразвуком позволяет упростить и удешевить весь процесс металлообработки. По данным ООО «Северо-Западный Центр высоких технологий», чтобы решить коренной вопрос использования машин и механизмов - увеличить их моторесурс износоустойчивости, по крайней мере, вдвое, - необходимо провести обработку БУФО.
Согласно санитарно-эпидемиологическому заключению № 78.01.06. 396. П. 000498.01.02 от 28.01.2002 г., технология БУФО соответствует государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам и безвредна, поэтому использовать ее на производстве практически безопасно.
Патенты и спрос
Технология и оборудование БУФО не имеют аналогов в мировом машиностроении. На них получено 15 патентов РФ, а интеллектуальный потенциал Центра ультразвуковых технологий и наличие авторских разработок в области использования мощного ультразвука в совокупности с собственным производством оборудования позволяют регулярно расширять ассортимент выпускаемой продукции. И это не остается незамеченным.
В активе Це
нтра - победы в тендерах на поставку оборудования для электроэнергетики, металлургии, машиностроения, нефтегазового комплекса и других отраслей промышленности. Оборудование поставлено более чем на 350 заводов России, а также в страны ближнего и дальнего зарубежья - Украину, Белоруссию, Латвию, Казахстан, Словакию, Китай и др.
БУФО получила положительную оценку Международного корпуса добровольных экспертов (АВLE). Технология экспонировалась и получала призы на многих международных выставках. Одной из последних наград ООО «Северо-Западный Центр ультразвуковых технологий» стало завоевание Гран-при на ХIII Международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции». Награда вручена за победу в конкурсе «Лучший инновационный проект в области металлургии и машиностроения - 2008».
Владимир БАРАНОВ
