Как работает ультразвуковая обработка? Принцип работы и преимущества

В этой статье вы узнаете, что такое ультразвуковая обработка. ? как это работает? части, приложения , преимущества, и недостатки ультразвуковой обработки. Загрузить бесплатный PDF файл этой статьи в конце.

Процесс ультразвуковой обработки

Что такое ультразвук?

Термин ультразвук используется для описания вибрационной волны с частотой, превышающей верхний частотный предел человеческого уха, т. е. выше 16 кГц.

Устройством для преобразования любого вида энергии в ультразвуковые волны является ультразвуковой преобразователь.

Эта электрическая энергия преобразуется в механические колебания. И для этого в магнитострикционном отображении используется пьезоэлектрический эффект, проявляемый природными или синтетическими кристаллами или некоторыми металлами.

Магнитрострикция означает что изменение амплитуды, происходящее в ферромагнитных материалах, зависит от переменного магнитного поля.

В ультразвуковой обработке , инструмент, вибрирующий в продольном направлении с частотой от 20 кГц до 30 кГц с амплитудой от 0,01 мм до 0,06 мм, прижимается к рабочей поверхности с небольшим усилием.

Поскольку инструмент вибрирует с определенной частотой, абразивная суспензия, обычно смесь абразивных зерен и воды с фиксированным соотношением (20–30%), течет под давлением через поверхность раздела инструмент-заготовка.

Ударная сила, возникающая из-за вибрации конца инструмента и потока шлама через поверхность контакта рабочего инструмента, фактически заставляет тысячи микроскопических зерен удалять рабочий материал путем истирания. Инструмент имеет ту же форму, что и обрабатываемая полость.

Этот метод используется для обработки твердых и хрупких материалов, которые являются электропроводящими или непроводящими. Анализ механизма удаления материала с помощью процесса USM показывает, что его иногда можно назвать ультразвуковым шлифованием (USG).

Принцип работы ультразвуковой обработки

На рисунке показана операция ультразвуковой обработки. Электронный генератор и усилитель, также известный как генератор, преобразует доступную электрическую энергию низкой частоты в мощность высокой частоты порядка 20 кГц, которая подается на преобразователь.

Преобразователь работает по магнетронно-стрикционному принципу. Высокочастотный источник питания приводит в действие пакет магнитострикционного материала, который вызывает продольное колебательное движение инструмента. Амплитуда этой вибрации недостаточна для резки. Таким образом, это передается проникающему инструменту через механическое фокусирующее устройство, которое обеспечивает интенсивную вибрацию желаемой амплитуды на конце инструмента.

Механическое фокусирующее устройство иногда называют преобразователем скорости. Это конический хвостовик или называется «рог». Его верхний конец зажимается или припаивается к нижней поверхности магнитострикционного материала. Его нижний конец снабжен средством для крепления инструмента.

Все эти детали, в том числе и инструмент, выполненный из низкоуглеродистой или нержавеющей стали с формой нужной полости, действуют как одно упругое тело, передающее колебания на острие инструмента.

Читайте:Типы нетрадиционных процессов обработки

Обычно используемые абразивы

оксид алюминия (глинозем), карбид бора, карбид кремния и алмазная пыль. Бор является самым дорогим абразивным материалом и лучше всего подходит для резки карбида вольфрама, инструментальной стали и драгоценных камней. Кремний находит наибольшее применение. Для резки стекла и керамики лучше всего подходит глинозем.

Абразивная суспензия перекачивается на поверхность рабочего инструмента. Для охлаждения абразивного шлама до температуры от 5 до 6 °C используется рефрижераторная система охлаждения. Хорошим методом является поддержание суспензии в ванне в зоне резания.

Размер абразива варьируется от зернистости 200 до зернистости 2000. Крупные сорта хороши для черновой обработки, тогда как более мелкие сорта, скажем, с зернистостью 1000, используются для чистовой обработки. Свежие абразивы режут лучше и пульпу, поэтому периодически заменяют

Точность USM

Максимальная скорость проникновения в мягкие и хрупкие материалы, такие как мягкая керамика, составляет порядка 20 мм/мин, но в твердых и прочных материалах скорость проникновения ниже. Возможна точность размеров до t0,005 мм, а чистота поверхности может достигать значения Ra 0,1-0,125 мкм.

Для чистовой обработки возможен минимальный радиус угла 0,10 мм. Диапазон размеров машин USM варьируется от легких портативных моделей с потребляемой мощностью около 20 Вт до тяжелых машин с потребляемой мощностью до 2 кВт.

Ограничения процесса

Основным ограничением процесса является относительно низкая скорость резания металла. Максимальная скорость съема металла составляет 3 мм®/с, а потребляемая мощность высока. Глубина цилиндрических отверстий в настоящее время ограничена 2,5-кратным диаметром инструмента.

Износ инструмента увеличивает угол отверстия, а острые углы скругляются. Это означает, что замена инструмента имеет важное значение для производства точных глухих отверстий. Кроме того, этот процесс в его нынешнем виде ограничен машинной обработкой поверхностей сравнительно небольшого размера.

Недавняя разработка

Недавно появилась новая разработка в области ультразвуковой обработки, в которой используется инструмент, пропитанный алмазной пылью, а не шлам. Инструмент колебался на ультразвуковых частотах, а также вращался. Если невозможно повернуть инструмент, заготовка может быть повернута.

Это нововведение устранило некоторые недостатки традиционного процесса сверления глубоких отверстий. Например, размеры отверстия можно удерживать в пределах +0,125 мм. Отверстия глубиной до 75 мм были просверлены в керамике без какого-либо снижения скорости обработки по сравнению с обычным процессом.

Применение ультразвуковой обработки

Простота процесса делает его экономичным для широкого спектра применений, таких как:

• Создание круглых отверстий и отверстий любой формы, для которых можно изготовить инструмент. Диапазон получаемых форм можно увеличить, перемещая заготовку во время резки.
• Операции механической обработки, такие как сверление, шлифование и фрезерование всех проводящих и непроводящих материалов.
• Обработка стекла, керамики, вольфрама и других твердых сплавов, а также драгоценных камней, таких как синтетический рубин.
• При нарезании резьбы в компонентах из твердых металлов и сплавов путем вращения и перемещения либо заготовки, либо инструмента.
• При изготовлении карбида вольфрама и алмазной проволоки волочильных и штампов для ковки и экструзии.
• Дантист может просверлить в зубе отверстие любой формы, не причиняя боли.

Преимущества и недостатки ультразвуковой обработки

Преимущества

• Чрезвычайно твердые и хрупкие материалы легко поддаются механической обработке.
• Можно легко получить высокоточные профили и хорошее качество поверхности.
• Обработанная заготовка не подвергается напряжению.
• Скорость съема металла низкая.
• Из-за отсутствия тепловыделения в процессе физические свойства обрабатываемого материала остаются неизменными.
• Операция бесшумная.
• Эксплуатация оборудования вполне безопасна.

Недостатки

• Скорость съема металла низкая.
• Первоначальная стоимость оборудования выше, чем у обычных станков.
• Этот процесс не подходит для удаления тяжелых металлов.
• Стоимость инструментов также высока.
• Сложности возникают при обработке более мягких материалов.
• Потребляемая мощность довольно высока.
• Размер обрабатываемой полости ограничен.

---

Заключение

Ультразвуковая обработка имеет много преимуществ в обрабатывающей промышленности. Надеюсь, я рассказал все об УСМ. Если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, вы можете задать их в комментариях.

Если вы нашли эту статью полезной, поделитесь ею с друзьями.

Подпишитесь на нашу рассылку [это БЕСПЛАТНО]