Ультразвуковое резание происходит в результате выкрашивания мельчайших частиц материала абразивными зернами. В табл. 7 приведены характеристики основных абразивных материалов, применяемые при ультразвуковой размерной обработке твердых хрупких материалов.
Абразивные материалы выдерживают большие удельные нагрузки и температуры. Под действием ультразвукового инструмента абразивные зерна частично разрушаются, но полностью не теряют своих режущих свойств. Однако производительность обработки при этом заметно снижается. Поэтому в процессе ультразвуковой обработки важно обеспечить бесперебойную подачу в рабочую зону новых (перемешанных) порций абразивной суспензии, т. е. ее постоянную сменяемость.
Таблица 7. Абразивные материалы, применяемые при ультразвуковой размерной обработке
Наименование | Относительная режущая способность | Твердость по Моосу | Микро- твердость, кПа | Плотность, кг/м3 |
Алмаз | 1 | 10 | 9800 | 3480-3500 |
Эльбор | 1,1 | 11 | 10800 | 2200-2250 |
0,5-0,6 | 9 | 4200 | 2500 | |
0,25-0,45 | 9 | 2940 | 3120 | |
0,14-0,16 | 8 | 2020 | 3200-3400 |
Абразивные зерна имеют неправильную геометрическую форму с острыми гранями и неодинаковыми размерами в разных направлениях. Крупные по размерам зерна первыми попадают в зону действия ультразвукового инструмента, разрушают материал заготовки, но и сами дробятся. Более мелкие по размерам зерна в это время в работе не участвуют. По мере притупления и износа крупных зерен инструмент начинает воздействовать на все большее их число; при этом в работу вступают и меньшие по размерам зерна, находящиеся под рабочей частью инструмента.
При размерной ультразвуковой обработке применяются взвеси абразивных материалов в жидкости, чаще в воде. Вода обладает невысокой вязкостью, хорошей смачиваемостью и хорошими охлаждающими свойствами. Водная суспензия способствует лучшему перемешиванию абразивных зерен и удалению его из рабочей зоны. Концентрация абразивных зерен в воде обычно составляет 30-40 % (по массе).
Наиболее распространенными абразивными материалами для ультразвуковой размерной обработки являются карбид кремния и карбид бора. Лучшим по своим режущим свойствам является карбид бора. Однако он дороже, чем карбид кремния, и содержит значительное количество графита. Поэтому его целесообразно применять при ультразвуковой обработке твердых сплавов, электротехнической керамики, минералокерамики, технического фарфора и других особо твердых и прочных материалов. При обработке более хрупких материалов (стекло, кварц, кремний, германий и др.) целесообразнее применять карбид кремния. Он дешев и менее дефицитен, меньше загрязняет рабочее место, руки и одежду оператора. Правда, при прочих равных условиях производительность при применении карбида бора выше, чем при использовании карбида кремния на 20-30 %. Однако указанные преимущества карбида кремния оправдывают некоторые потери на производительности. Алмазные порошки применяют в редких случаях, например при обработке алмазов.