Что такое ультразвуковая обработка? - Работа и процесс

Вы слышали об ультразвуковой обработке? Этот производственный процесс, также известный как ультразвуковая вибрационная обработка, используется для удаления материала с заготовки с помощью высокочастотных вибраций в сочетании с частицами.

Ультразвуковой инструмент, по сути, создает множество небольших вибраций, которые со временем удаляют материал с заготовки, с которой он используется. Чтобы узнать больше об ультразвуковой обработке и о том, как она работает, продолжайте читать.

Что такое ультразвуковая обработка?

Ультразвуковая обработка — это субтрактивный производственный процесс, при котором материал удаляется с поверхности детали посредством высокочастотных малоамплитудных вибраций инструмента относительно поверхности материала в присутствии мелких абразивных частиц. Инструмент перемещается вертикально или перпендикулярно поверхности детали с амплитудой от 0,05 до 0,125 мм (от 0,002 до 0,005 дюйма).

Мелкие абразивные зерна смешиваются с водой, образуя суспензию, которая распределяется по детали и кончику инструмента. Типичный размер зерна абразивного материала варьируется от 100 до 1000, где более мелкие зерна (более высокое число зерен) обеспечивают более гладкую поверхность.

Ультразвуковая вибрационная обработка обычно используется для хрупких материалов, а также для материалов с высокой твердостью из-за образования микротрещин.

При ультразвуковой обработке инструмент создает вибрации, которые отбрасывают микрочастицы к заготовке. Частицы обычно смешивают с водой или другими жидкостями для создания суспензии.

Когда ультразвуковой инструмент активируется, он выбрасывает эти частицы с высокой скоростью к поверхности заготовки. Абразивная природа частиц помогает шлифовать материал с поверхности заготовки.

Процесс ультразвуковой обработки

Инструмент, присутствующий в машине для резки материалов, изготовлен из мягкого материала по сравнению с заготовкой. Инструмент обычно изготавливается из таких материалов, как мягкая сталь и никель. Когда инструмент вибрирует, добавляется абразивная суспензия (жидкость), которая содержит абразивные зерна и частицы.

Абразивная суспензия добавляется до взаимодействия заготовок с зернами. Из-за добавленных частиц жидкости рабочая хрупкость заготовки приводит к истиранию поверхности, при этом инструмент постепенно деформируется.

Принцип работы ультразвуковой обработки

Время нахождения на ультразвуковом аппарате целиком зависит от частоты вибрирующего инструмента. Это также зависит от размера зерен абразивного раствора, жесткости и вязкости.

Зерна, используемые в абразивной жидкости, обычно представляют собой карбид бора или карбид кремния, поскольку они более жесткие, чем другие. Используемый абразив можно легко унести, если вязкость шламовой жидкости меньше.

Типы ультразвуковой обработки

1. Ротационная ультразвуковая вибрационная обработка

При ротационной ультразвуковой вибрационной обработке (RUM) вертикально колеблющийся инструмент может вращаться вокруг вертикальной осевой линии инструмента. Вместо использования абразивной суспензии для удаления материала поверхность инструмента пропитывается алмазами, которые шлифуют поверхность детали.

Ротационные ультразвуковые станки специализируются на обработке современной керамики и сплавов, таких как стекло, кварц, конструкционная керамика, титановые сплавы, оксид алюминия и карбид кремния. Ротационные ультразвуковые станки используются для изготовления глубоких отверстий с высокой точностью.

Вращательная ультразвуковая вибрационная обработка является относительно новым производственным процессом, который все еще активно исследуется. В настоящее время исследователи пытаются адаптировать этот процесс на микроуровне и позволить станку работать аналогично фрезерному станку.

2. Химическая ультразвуковая вибрационная обработка

В химической ультразвуковой обработке (CUSM) химически активная абразивная жидкость используется для обеспечения более качественной обработки стеклянных и керамических материалов. Использование кислого раствора, такого как плавиковая кислота, позволяет значительно улучшить характеристики обработки, такие как скорость съема материала и качество поверхности, по сравнению с традиционной ультразвуковой обработкой.

В то время как время, затрачиваемое на обработку, и шероховатость поверхности уменьшаются при использовании CUSM, диаметр входного профиля немного больше, чем обычно, из-за дополнительной химической активности нового выбора шлама. Чтобы ограничить степень этого расширения, необходимо тщательно выбирать содержание кислоты в растворе, чтобы обеспечить безопасность пользователя и качественный продукт.

Применения ультразвуковой обработки

Применение ультразвуковой обработки:

• Обработка изделий очень точной и сложной формы.
• Сверление круглых отверстий любой формы.
• Шлифование хрупких материалов.
• Профилирование отверстий.
• Гравировка
• Трепание и чеканка
• Обработка потоков
• Резка и протяжка твердых материалов.
• Обработка стекол, керамики.
• Обработка точных минеральных камней, вольфрама.
• Прошивка штампов и операция отрезки.
• Этого достаточно для использования при создании компонентов микроэлектромеханических систем, таких как микроструктурированные стеклянные пластины.
• Алмазу придают желаемую форму.

Преимущества ультразвуковой обработки

Существуют десятки других производственных процессов, позволяющих удалять материал с заготовок, их применение обычно ограничивается заготовками из прочных и долговечных материалов. Однако ультразвуковая обработка уникальна тем, что позволяет удалять материал практически со всех типов заготовок, в том числе из твердых и хрупких материалов.

Независимо от того, изготовлена ​​ли заготовка из стекла, керамики или даже кварца, ее физические размеры можно изменить с помощью ультразвуковой обработки.

Ультразвуковая обработка не требует нагрева заготовок. Если заготовка чувствительна к тепловым колебаниям, ее можно безопасно изменить с помощью этого процесса обработки. Во время ультразвуковой обработки температура заготовки остается неизменной. Другими словами, процесс не требует ни нагревания, ни охлаждения заготовки.

Кроме того, ультразвуковая обработка обеспечивает более высокую точность, чем многие другие процессы обработки. Он способен модифицировать заготовки с высокими допусками, которые невозможны при других процессах обработки.

Недостатки ультразвуковой обработки

С другой стороны, у ультразвуковой обработки есть несколько недостатков, одним из которых является более низкая, чем в среднем, скорость удаления материала. Это не особенно быстрый способ удаления материала с заготовок.

Наоборот, это медленнее, чем большинство других процессов обработки. Для производственных компаний, стремящихся к массовому производству, ультразвуковая обработка может оказаться неудачным выбором.

В дополнение к более низкой, чем в среднем, скорости удаления материала, ультразвуковая обработка не поддерживает использование глубоких отверстий. Производственные компании нередко сверлят отверстия в заготовках перед тем, как подвергнуть их обработке ультразвуковым инструментом. Однако если яма слишком глубокая, раствор не сможет ее заполнить.