Ультразвуковая обработка камня
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА КАМНЯ (а. 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 высокоэнергетических колебаний ультразвуковой частоты. Начало освоения ультразвуковой обработки камня относится к 40-50-м гг. 20 века.
Применяют ультразвуковую обработку камня для обработки облицовочного, поделочного и ювелирного камня (преимущественно твёрдых и хрупких разновидностей): производство орнаментных плит с объёмным рельефом, вскрытие структуры поверхности изделий, изготовление сувениров, ювелирных изделий и т.п.
Современные процессы ультразвуковой обработки камня подразделяют на два основных вида: с использованием только энергии ультразвука (т.н. размерная ультразвуковая обработка камня); с наложением ультразвуковых колебаний на механический инструмент. Первый вид ультразвуковой обработки камня предусматривает разрушение камня свободными зёрнами абразива (карбид кремния и т.п.), находящимися между поверхностью камня и торцом инструмента (наконечника), колеблющимся с ультразвуковой частотой (до 25 кГц); инструмент сообщает колебательные движения зёрнам абразива (до 100 тысяч на 1 см2), которые выкалывают с обрабатываемой поверхности частицы породы. Этот вид ультразвуковой обработки камня используется для сверления отверстий малого диаметра и профильной обработки (в последнем случае инструмент имеет негативный профиль требуемого изображения).
Установка для реализации подобных операций включает (рис. 1); ультразвуковой генератор для возбуждения колебательной системы; колебательную систему (концентратор и магнитостриктор с инструментом), преобразующую электрические колебания ультразвуковой частоты генератора в механические колебания инструмента той же частоты; гидросистему для подачи абразивной суспензии в зону обработки; систему подачи. Колебания от магнитостриктора передаются концентратору, на конце которого закреплён инструмент-наконечник. В концентраторе акустическая энергия колебаний концентрируется на малой площади, что приводит к увеличению амплитуды колебаний (до 100 мкм). Силу подачи инструмента на обрабатывающую поверхность регулируют и поддерживают в процессе обработки. Режим ультразвуковой обработки камня: 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. Недостатки этого вида ультразвуковой обработки камня; относительно невысокая производительность, её снижение с увеличением глубины обработки, повышенная энергоёмкость, интенсивный износ инструмента, ограниченная площадь обработки.
Второй вид ультразвуковой обработки камня предусматривает использование принудительно направленных ультразвуковых колебаний как средства воздействия на обычный процесс механической обработки камня режущим инструментом. В этом случае магнитостриктор непосредственно связывают (в единую конструкцию) с концентратором и режущим (твердосплавным или алмазным) инструментом (рис. 2), что обеспечивает снижение сил резания в 10-20 раз при улучшении качества обработки.
Совершенствование ультразвуковой обработки камня осуществляется в направлении повышения стойкости инструмента за счёт использования новых сверхтвёрдых материалов и композитов.
