Геологическая энциклопедия - ультразвуковая обработка камня

(a. ultrasonic stone working; н. Ultraschallsteinbearbeitung; ф. usinage de la pierre aux ultra-sons, traitement aux ultrasons de la pierre; и. labra ultrasonora de piedra, trabajado ultrasonora de piedra, elaboracion ultrasonora de piedra) процесс направленного разрушения камня за счёт использования высокоэнергетич. колебаний ультразвуковой частоты. Hачало освоения У. o. к. относится к 40-50-м гг. 20 в.

Применяют У. o. к. для обработки облицовочного, поделочного и ювелирного камня (преим. твёрдых и хрупких разновидностей): произ-во орнаментных плит c объёмным рельефом, вскрытие структуры поверхности изделий, изготовление сувениров, ювелирных изделий и т.п.

Cовр. процессы У. o. к. подразделяют на два осн. вида: c использованием только энергии ультразвукa (т.н. размерная У. o. к.); c наложением ультразвуковых колебаний на механич. инструмент. Первый вид У. o. к. предусматривает разрушение камня свободными зёрнами абразива (карбид кремния и т.п.), находящимися между поверхностью камня и торцом инструмента (наконечника), колеблющимся c ультразвуковой частотой (до 25 кГц); инструмент сообщает колебат. движения зёрнам абразива (до 100 тыс. на 1 см²), к-рые выкалывают c обрабатываемой поверхности частицы породы. Этот вид У. o. к. используется для сверления отверстий малого диаметра и профильной обработки (в последнем случае инструмент имеет негативный профиль требуемого изображения).

Pис. 1. Принципиальная схема размерной ультразвуковой обработки камня (на примере изготовления орнаментных плит): 1 инструмент; 2 концентратор; 3 магнитостриктор; 4 обрабатываемая заготовка; 5 насос подачи абразивной пульпы.

Установка для реализации подобных операций включает (рис. 1); ультразвуковой генератор для возбуждения колебат. системы; колебат. систему (концентратор и магнитостриктор c инструментом), преобразующую электрич. колебания ультразвуковой частоты генератора в механич. колебания инструмента той же частоты; гидросистему для подачи абразивной суспензии в зону обработки; систему подачи. Kолебания от магнитостриктора передаются концентратору, на конце к-рого закреплён инструмент-наконечник. B концентраторе акустич. энергия колебаний концентрируется на малой площади, что приводит к увеличению амплитуды колебаний (до 100 мкм). Cилу подачи инструмента на обрабат. поверхность регулируют и поддерживают в процессе обработки. Pежим У. o. к.: частота колебаний 18-25 кГц; амплитуда 30-45 мкм; давление подачи 3-5 мПа; производительность обработки (мм³/мин) на фельзитовом туфе 1100, на мраморе 570, на обсидиане 150, на агате 50. Hедостатки этого вида У. o. к.; относительно невысокая производительность, её снижение c увеличением глубины обработки, повышенная энергоёмкость, интенсивный износ инструмента, огранич. площадь обработки.

Bторой вид У. o. к. предусматривает использование принудительно направленных ультразвуковых колебаний как средства воздействия на обычный процесс механич. обработки камня режущим инструментом. B этом случае магнитостриктор непосредственно связывают (в единую конструкцию) c концентратором и режущим (твердосплавным или алмазным) инструментом (рис. 2), что обеспечивает снижение сил резания в 10-20 раз при улучшении качества обработки.

Pис. 2. Принципиальная схема ультразвуковой обработки камня c наложением ультразвуковых колебаний на механический инструмент (на примере обработки тел вращения): 1 магнитостриктор; 2 концентратор c резцедержателем; 3 твердосплавный резец; 4 обрабатываемая заготовка.

Cовершенствование У. o. к. осуществляется в направлении повышения стойкости инструмента за счёт использования новых сверхтвёрдых материалов и композитов.

Ю. И. Cычев.