Ultrazvučna obrada: tehnologija, prednosti i nedostaci

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Industrija obrade metala u ovoj fazi razvoja sposobna je riješiti složene zadatke rezanja i bušenja radnih komada različitih stupnjeva tvrdoće. To je postalo moguće zahvaljujući razvoju temeljno novih načina utjecaja na materijal, uključujući široku skupinu elektromehaničkih metoda. Jedna od najučinkovitijih tehnologija ove vrste je ultrazvučna obrada (UZO), koja se temelji na principima elektroakustičkog zračenja.

Principi dimenzionalnog RCD-a

Tijekom dimenzionalne obrade, uobičajeni mehanički rezači i abrazivi djeluju kao izravno oruđe utjecaja. Ključna razlika u ovoj metodi leži u izvoru energije koji pokreće alat. U tom svojstvu, ultrazvučni generator struje radi na frekvencijama od 16-30 kHz. On provociraoscilacije istih abrazivnih zrna na ultrazvučnoj frekvenciji, što osigurava karakterističnu kvalitetu obrade. Štoviše, potrebno je napomenuti raznolikost vrsta mehaničkog djelovanja. Ovo nisu samo uobičajeni elementi za rezanje i brušenje, već i deformacija strukture uz zadržavanje njezinog volumena. Štoviše, ultrazvučno dimenzioniranje osigurava da su čestice izratka svedene na minimum čak i tijekom rezanja. Zrna koja utječu na materijal iscrtane mikročestice koje ne utječu na dizajn proizvoda. Zapravo, nema uništavanja strukture uzorkovanjem, međutim, može doći do nekontroliranog širenja pukotina.

Razlike od plazma tehnologije

U pogledu kvalitete obrade, ultrazvučne i plazma metode imaju mnogo sličnih značajki, pružajući mogućnost visokopreciznog rezanja. Ali i među njima postoji značajna razlika u principu rada. Dakle, ako UZO uključuje intenzivan utjecaj na abrazivni prah sa strane alata za obrezivanje uz energetsku potporu generatora električnih valova, tada metoda obrade plazmom kao radni medij koristi ionizirani plin nabijen ionima i elektronima. Odnosno, tehnologije ultrazvučne i plazma obrade jednako zahtijevaju podršku dovoljno snažnog generatora energije. U prvom slučaju radi se o ultrazvučnom električnom aparatu, au drugom slučaju o visokotemperaturnim plinskim ili izotermnim instalacijama koje mogu dovesti temperaturni režim radnog medija do 16 000 °C. Važna komponenta liječenja plazmom je uporaba elektroda i plazmetvari koje osiguravaju veliku snagu vođenog luka rezača.

strojevi za ultrazvučni tretman

Sada se vrijedi detaljnije zadržati na opremi koja se koristi u implementaciji RCD-a. U velikim industrijama u takve se svrhe koriste strojevi, opremljeni generatorskim setom za generiranje izmjenične struje ultrazvučne frekvencije. Generirana struja usmjerava se na namot magnetskog pretvarača, koji zauzvrat stvara elektromagnetno polje za radno tijelo instalacije. Ultrazvučna obrada počinje činjenicom da bušilica stroja počinje vibrirati, nalazeći se u elektromagnetskom polju. Frekvencije ove vibracije postavlja generator na temelju postavljenih parametara koji su potrebni u određenom slučaju.

Udar je izrađen od magnetostriktivnog materijala (legura željeza, nikla i kob alta) koji se može mijenjati u linearnim dimenzijama pod djelovanjem magnetskog pretvarača. I u završnoj kritičnoj fazi, bušilica djeluje na abrazivni prah kroz oscilacije vođene duž valovodnog kondenzatora. Štoviše, opseg i snaga obrade mogu biti različiti. Na razmatranoj opremi industrijska se obrada metala izvodi formiranjem masivnih konstrukcija, ali postoje i kompaktni uređaji sa sličnim principom rada na kojima se izvodi visokoprecizno graviranje.

Dimenzionalna RCD tehnika

Nakon instaliranja opreme i pripremeciljanog materijala, abrazivna kaša se dovodi u područje operacije - odnosno u prostor između površine proizvoda i oscilirajućeg kraja. Usput, kao sam abraziv obično se koriste silicij ili karbidi bora. U automatiziranim linijama voda se koristi za isporuku praha i hlađenje. Izravno ultrazvučna obrada metala sastoji se od dvije operacije:

• Udarno prodiranje abrazivnih čestica u predviđenu površinu izratka, uslijed čega nastaje mreža mikropukotina i mikročestice proizvoda su probušene.
• Cirkulacija abrazivnog materijala u zoni obrade - iskorištena zrna zamjenjuju se tokovi novih čestica.

Važan uvjet za učinkovitost cijelog procesa je održavanje visokog tempa u oba postupka do kraja ciklusa. Inače se mijenjaju parametri obrade i smanjuje se točnost smjera abraziva.

Karakteristike procesa

Parametri obrade optimalni za određeni zadatak su unaprijed postavljeni. U obzir se uzimaju i konfiguracija mehaničkog djelovanja i svojstva materijala izratka. Prosječne karakteristike ultrazvučnog tretmana mogu se prikazati na sljedeći način:

• Frekvencijski raspon strujnog generatora je od 16 do 30 kHz.
• Amplituda oscilacije bušilice ili njegovog radnog alata - donji spektar na početku rada je od 2 do 10 mikrona, a gornji može doseći 60 mikrona.
• Zasićenost abrazivne suspenzije - od 20 do 100 tisuća.zrna po kocki od 1 cm.
• Promjer abrazivnih elemenata - od 50 do 200 mikrona.

Varijanta ovih parametara omogućuje ne samo individualnu visokopreciznu linearnu obradu, već i precizno formiranje složenih utora i izreza. Na mnogo načina, rad sa složenim geometrijama postao je moguć zahvaljujući savršenstvu karakteristika probijača, što može utjecati na sastav abraziva u različitim modelima s tankom nadgradnjom.

Uklanjanje rubova s RCD-om

Ova se operacija temelji na povećanju kavitacije i erozivne aktivnosti akustičnog polja kada se ultra-sitne čestice od 1 mikrona uvode u abrazivni tok. Ova veličina je usporediva s radijusom utjecaja udarnog zvučnog vala, što omogućuje uništavanje slabih područja zaoštravanja. Radni proces je organiziran u posebnom tekućem mediju s mješavinom glicerina. Kao spremnik koristi se i posebna oprema - fitomešalica, u čijoj se čaši nalaze izvagani abrazivi i radni dio. Čim se akustični val nanese na radni medij, počinje nasumično kretanje abrazivnih čestica koje djeluju na površinu obratka. Fina zrna silicijevog karbida i elektrokorunda u mješavini vode i glicerina osiguravaju učinkovito uklanjanje ivica veličine do 0,1 mm. Odnosno, ultrazvučni tretman omogućuje točno i visoko precizno uklanjanje mikrodefekta koji bi mogli ostati čak i nakon tradicionalnog mehaničkog brušenja. Ako govorimo o velikim neravninama, onda ima smisla povećati intenzitet procesa dodavanjem kemijskih elemenata u spremnikpoput plave vitriole.

Čišćenje dijelova s RCD-om

Na površinama radnih metalnih obradaka mogu postojati razne vrste premaza i nečistoća koje nije dopušteno, iz ovih ili onih razloga, ukloniti tradicionalnim abrazivnim čišćenjem. U ovom slučaju se također koristi tehnologija kavitacijske ultrazvučne obrade u tekućem mediju, ali s nizom razlika od prethodne metode:

• Frekvencijski raspon će varirati od 18 do 35 kHz.
• Organska otapala poput freona i etilnog alkohola koriste se kao tekući medij.
• Za održavanje stabilnog procesa kavitacije i pouzdane fiksacije obratka potrebno je postaviti rezonantni način rada fitomešalice, u kojoj će stupac tekućine odgovarati polovini duljine ultrazvučnog vala.

Dijamantno bušenje podržano ultrazvukom

Metoda uključuje korištenje rotirajućeg dijamantnog alata, koji se pokreće ultrazvučnim vibracijama. Troškovi energije za proces obrade premašuju volumen potrebnih resursa tradicionalnim metodama mehaničkog djelovanja, dostižući 2000 J/mm3. Ova snaga omogućuje bušenje promjera do 25 mm brzinom od 0,5 mm/min. Također, ultrazvučna obrada materijala bušenjem zahtijeva korištenje rashladne tekućine u velikim količinama do 5 l/min. Tokovi tekućine također ispiru fini prah s površina alata i obratka,nastala tijekom uništavanja abraziva.

Kontrola performansi RCD-a

Tehnološki proces je pod kontrolom operatera, koji prati parametre djelujućih vibracija. To se posebno odnosi na amplitudu oscilacija, brzinu zvuka, kao i na intenzitet struje. Uz pomoć ovih podataka osigurava se kontrola radnog okruženja i utjecaja abrazivnog materijala na radni komad. Ova je značajka posebno važna u ultrazvučnoj obradi instrumenata, kada se u jednom tehnološkom procesu može koristiti više načina rada opreme. Najprogresivnije metode kontrole uključuju sudjelovanje automatskih sredstava za promjenu parametara obrade na temelju očitanja senzora koji bilježe parametre proizvoda.

Prednosti ultrazvučne tehnologije

Upotreba RCD tehnologije pruža niz prednosti koje se očituju u različitim stupnjevima ovisno o specifičnoj metodi njezine implementacije:

• Produktivnost procesa obrade se povećava nekoliko puta.
• Habanje ultrazvučnog alata smanjeno je za 8-10 puta u usporedbi s konvencionalnim metodama strojne obrade.
• Prilikom bušenja, parametri obrade se povećavaju u dubinu i promjer.
• Povećava točnost mehaničkog djelovanja.

Mane tehnologije

Široku primjenu ove metode još uvijek ometaju brojni nedostaci. Uglavnom se odnose na tehnološku složenost organizacije.postupak. Osim toga, ultrazvučna obrada dijelova zahtijeva dodatne operacije, uključujući isporuku abrazivnog materijala u radno područje i spajanje opreme za hlađenje vodom. Ovi čimbenici također mogu povećati cijenu rada. Prilikom servisiranja industrijskih procesa povećavaju se i troškovi energije. Dodatni resursi potrebni su ne samo za osiguranje funkcije glavnih jedinica, već i za rad zaštitnih sustava i strujnih kolektora koji prenose električne signale.

Zaključak

Uvođenje ultrazvučne abrazivne tehnologije u procese obrade metala posljedica je ograničenja u korištenju tradicionalnih metoda rezanja, bušenja, tokarenja itd. Za razliku od konvencionalnog tokaričkog stroja, ultrazvučna obrada metala može se učinkovito nositi s materijalima povećane tvrdoće. Korištenje ove tehnologije omogućilo je izvođenje operacija strojne obrade na kaljenom čeliku, legurama titan-karbida, proizvodima koji sadrže volfram itd. Istodobno, zajamčena je visoka točnost mehaničkog djelovanja uz minimalno oštećenje strukture koja se nalazi u radnom dijelu. područje. No, kao što je slučaj s drugim inovativnim tehnologijama kao što su plazma rezanje, laserska i vodena obrada, još uvijek postoje ekonomski i organizacijski problemi pri korištenju takvih metoda obrade metala.