Ultrazvočna obdelava: tehnologija, prednosti in slabosti

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Kovinskopredelovalna industrija na tej stopnji razvoja je sposobna reševati kompleksne naloge rezanja in vrtanja obdelovancev različnih stopenj trdote. To je postalo mogoče zaradi razvoja bistveno novih načinov vplivanja na material, vključno s široko skupino elektromehanskih metod. Ena najučinkovitejših tehnologij te vrste je ultrazvočna obdelava (UZO), ki temelji na principih elektroakustičnega sevanja.

Načela dimenzionalnega RCD

Med dimenzionalno obdelavo običajni mehanski rezalniki in abrazivi delujejo kot neposredno orodje vpliva. Ključna razlika pri tej metodi je v viru energije, ki napaja orodje. V tej zmogljivosti ultrazvočni generator toka deluje pri frekvencah 16–30 kHz. On provociranihanja enakih abrazivnih zrn pri ultrazvočni frekvenci, kar zagotavlja značilno kakovost obdelave. Poleg tega je treba opozoriti na raznolikost vrst mehanskega delovanja. To niso samo običajni elementi za rezanje in brušenje, temveč tudi deformacija strukture ob ohranjanju njene prostornine. Še več, ultrazvočno dimenzioniranje zagotavlja, da so delci obdelovanca tudi med rezanjem minimalni. Zrna, ki vplivajo na material, so izrezani mikrodelci, ki ne vplivajo na zasnovo izdelka. Dejansko z vzorčenjem ni uničenja strukture, lahko pa pride do nenadzorovanega širjenja razpok.

Razlike od plazemske tehnologije

V smislu kakovosti obdelave imajo ultrazvočne in plazemske metode številne podobne lastnosti, ki zagotavljajo možnost zelo natančnega rezanja. Toda tudi med njimi je bistvena razlika v principu dela. Torej, če UZO vključuje intenziven vpliv na abrazivni prah s strani orodja za obrezovanje z energijsko podporo generatorja električnih valov, potem metoda plazemske obdelave uporablja kot delovni medij ioniziran plin, napolnjen z ioni in elektroni. To pomeni, da tehnologije ultrazvočne in plazemske obdelave enako zahtevajo podporo dovolj močnega generatorja energije. V prvem primeru je to ultrazvočna električna naprava, v drugem primeru pa visokotemperaturne plinske ali izotermične naprave, ki lahko temperaturni režim delovnega medija dvignejo na 16.000 °C. Pomembna sestavina plazemske obdelave je uporaba elektrod in plazmesnovi, ki zagotavljajo visoko moč vodenega loka rezalnika.

Aparati za ultrazvočno zdravljenje

Zdaj se je vredno podrobneje posvetiti opremi, ki se uporablja pri izvedbi RCD. V velikih industrijah se za te namene uporabljajo stroji, opremljeni z generatorskim kompletom za generiranje izmeničnega toka ultrazvočne frekvence. Ustvarjeni tok je usmerjen v navitje magnetnega pretvornika, ki posledično ustvarja elektromagnetno polje za delovno telo naprave. Ultrazvočna obdelava se začne z dejstvom, da udarec stroja začne vibrirati, ko je v elektromagnetnem polju. Frekvence te vibracije nastavi generator na podlagi nastavljenih parametrov, ki so potrebni v posameznem primeru.

Udar je izdelan iz magnetostriktivnega materiala (zlitine železa, niklja in kob alta), ki se lahko spreminja v linearnih dimenzijah pod vplivom magnetnega pretvornika. In na zadnji kritični stopnji udarec deluje na abrazivni prah z nihanji, ki se vodijo vzdolž valovodnega kondenzatorja. Poleg tega sta lahko obseg in moč obdelave različni. Na obravnavani opremi se industrijska obdelava kovin izvaja z oblikovanjem masivnih struktur, obstajajo pa tudi kompaktne naprave s podobnim principom delovanja, na katerih se izvaja visoko natančno graviranje.

Dimenzionalna RCD tehnika

Po namestitvi opreme in pripraviciljnega materiala se abrazivna suspenzija dovaja v območje delovanja - to je v prostor med površino izdelka in nihajočim koncem. Mimogrede, silicijevi ali borovi karbidi se običajno uporabljajo kot sam abraziv. V avtomatiziranih linijah se voda uporablja za dostavo prahu in hlajenje. Neposredna ultrazvočna obdelava kovin je sestavljena iz dveh operacij:

• Udarno prodiranje abrazivnih delcev v predvideno površino obdelovanca, zaradi česar nastane mreža mikrorazpok in mikrodelci izdelka se preluknjajo.
• Krženje abrazivnega materiala v predelu predelave - uporabljena zrna se nadomestijo s tokovi novih delcev.

Pomemben pogoj za učinkovitost celotnega procesa je ohranjanje visokega tempa pri obeh postopkih do konca cikla. V nasprotnem primeru se spremenijo parametri obdelave in zmanjša se natančnost smeri brušenja.

Procesne značilnosti

Parametri obdelave, ki so optimalni za določeno nalogo, so vnaprej nastavljeni. Upoštevajo se tako konfiguracija mehanskega delovanja kot lastnosti materiala obdelovanca. Povprečne značilnosti ultrazvočnega zdravljenja lahko predstavimo na naslednji način:

• Frekvenčno območje tokovnega generatorja je od 16 do 30 kHz.
• Amplituda nihanja udarca ali njegovega delovnega orodja - spodnji spekter na začetku delovanja je od 2 do 10 mikronov, zgornji nivo pa lahko doseže 60 mikronov.
• Nasičenost abrazivne brozge - od 20 do 100 tisoč.zrna na 1 cm kocke.
• Premer abrazivnih elementov - od 50 do 200 mikronov.

Spreminjanje teh parametrov omogoča ne samo individualno visoko natančno linearno obdelavo, temveč tudi natančno oblikovanje kompleksnih utorov in izrezov. V mnogih pogledih je delo s kompleksnimi geometrijami postalo mogoče zaradi popolnosti lastnosti štancanja, kar lahko vpliva na abrazivno sestavo pri različnih modelih s tanko nadgradnjo.

Odstranjevanje iglic z RCD

Ta operacija temelji na povečanju kavitacijske in erozivne aktivnosti akustičnega polja, ko se v abrazivni tok vnesejo ultra-majhni delci velikosti 1 mikrona. Ta velikost je primerljiva s polmerom vpliva udarnega zvočnega vala, kar omogoča uničenje šibkih področij neravnin. Delovni proces je organiziran v posebnem tekočem mediju z mešanico glicerina. Kot posoda se uporablja tudi posebna oprema - fitomešalnik, v kozarcu katerega so tehtani abrazivi in delovni del. Takoj, ko se na delovni medij nanese zvočni val, se začne naključno gibanje abrazivnih delcev, ki delujejo na površino obdelovanca. Drobna zrna silicijevega karbida in elektrokorunda v mešanici vode in glicerina zagotavljajo učinkovito odstranjevanje iglic do velikosti 0,1 mm. To pomeni, da ultrazvočna obdelava zagotavlja natančno in visoko natančno odstranitev mikrodefektov, ki bi lahko ostali tudi po tradicionalnem mehanskem brušenju. Če govorimo o velikih brusih, je smiselno povečati intenzivnost procesa z dodajanjem kemičnih elementov v posodokot modri vitriol.

Čiščenje delov z RCD

Na površinah delovnih kovinskih surovcev so lahko različne vrste premazov in nečistoč, ki jih iz teh ali drugačnih razlogov ni dovoljeno odstraniti s tradicionalnim abrazivnim čiščenjem. V tem primeru se uporablja tudi tehnologija kavitacijske ultrazvočne obdelave v tekočem mediju, vendar s številnimi razlikami od prejšnje metode:

• Frekvenčno območje se giblje od 18 do 35 kHz.
• Organska topila, kot sta freon in etilni alkohol, se uporabljajo kot tekoči medij.
• Za vzdrževanje stabilnega procesa kavitacije in zanesljive fiksacije obdelovanca je potrebno nastaviti resonančni način delovanja fitomešalnika, v katerem bo tekoči stolpec ustrezal polovici dolžine ultrazvočnega vala.

Diamantno vrtanje podprto z ultrazvokom

Metoda vključuje uporabo vrtljivega diamantnega orodja, ki ga poganjajo ultrazvočne vibracije. Stroški energije za proces obdelave presegajo količino potrebnih virov s tradicionalnimi metodami mehanskega delovanja in dosežejo 2000 J/mm3. Ta moč vam omogoča vrtanje s premerom do 25 mm s hitrostjo 0,5 mm/min. Tudi ultrazvočna obdelava materialov z vrtanjem zahteva uporabo hladilne tekočine v velikih količinah do 5 l/min. Tokovi tekočine izpirajo tudi fin prah s površin orodja in obdelovanca,nastane med uničenjem abraziva.

Nadzor delovanja RCD

Tehnološki proces je pod nadzorom operaterja, ki spremlja parametre delujočih vibracij. Zlasti to velja za amplitudo nihanj, hitrost zvoka, pa tudi za intenzivnost toka. S pomočjo teh podatkov je zagotovljen nadzor delovnega okolja in vpliva abrazivnega materiala na obdelovanec. Ta lastnost je še posebej pomembna pri ultrazvočni obdelavi instrumentov, ko je v enem tehnološkem procesu mogoče uporabiti več načinov delovanja opreme. Najbolj napredne metode nadzora vključujejo sodelovanje avtomatskih sredstev za spreminjanje parametrov obdelave na podlagi odčitkov senzorjev, ki beležijo parametre izdelka.

Prednosti ultrazvočne tehnologije

Uporaba RCD tehnologije zagotavlja številne prednosti, ki se kažejo v različni meri, odvisno od specifičnega načina njene izvedbe:

• Produktivnost obdelovalnega procesa se večkrat poveča.
• Obraba ultrazvočnega orodja se zmanjša za 8-10-krat v primerjavi z običajnimi obdelovalnimi metodami.
• Pri vrtanju se parametri obdelave povečajo v globino in premer.
• Poveča natančnost mehanskega delovanja.

pomanjkljivosti tehnologije

Široko uporabo te metode še vedno ovirajo številne pomanjkljivosti. Povezani so predvsem s tehnološko zahtevnostjo organizacije.proces. Poleg tega ultrazvočna obdelava delov zahteva dodatne operacije, vključno z dostavo abrazivnega materiala na delovno območje in priključitvijo opreme za vodno hlajenje. Ti dejavniki lahko tudi povečajo stroške dela. Pri servisiranju industrijskih procesov se povečajo tudi stroški energije. Dodatna sredstva so potrebna ne samo za zagotavljanje delovanja glavnih enot, ampak tudi za delovanje zaščitnih sistemov in tokovnih zbiralnikov, ki prenašajo električne signale.

Sklep

Uvedba ultrazvočne abrazivne tehnologije v procese obdelave kovin je bila posledica omejitev pri uporabi tradicionalnih metod rezanja, vrtanja, struženja itd. Za razliko od običajne stružnice je ultrazvočna obdelava kovin sposobna učinkovito obvladati materiale povečane trdote. Uporaba te tehnologije je omogočila izvajanje obdelovalnih operacij na kaljenem jeklu, zlitinah titanovega karbida, izdelkih, ki vsebujejo volfram, itd. območje. Toda, tako kot pri drugih inovativnih tehnologijah, kot so plazemsko rezanje, laserska obdelava in obdelava z vodnim curkom, pri uporabi takšnih metod obdelave kovin še vedno obstajajo ekonomski in organizacijski problemi.