Процесс ультразвуковой обработки – принцип работы деталей, преимущества

В этой статье рассматриваются такие темы, как процесс ультразвуковой обработки, принцип работы, преимущества, недостатки и подробное описание того, как это работает.

Что такое процесс ультразвуковой обработки?

Процесс ультразвуковой обработки (USM) – это процесс удаления твердых и хрупких материалов с помощью инструмента, совершающего осевые колебания на ультразвуковых частотах. [18–20 килогерц (кГц)].

Во время этого колебания абразивная суспензия B4C или SiC непрерывно подается в зону обработки между мягким инструментом (латунная сталь) и заготовкой. Таким образом, абразивные частицы вбиваются в поверхность заготовки и вызывают откалывание от нее мелких частиц.

Осциллирующий инструмент с амплитудой от 10 до 40 мкм оказывает статическое давление на абразивные зерна и подается вниз по мере удаления материала, придавая инструменту требуемую форму. Баламут впервые обнаружил УСМ в 1945 году при ультразвуковом шлифовании абразивных порошков.

Промышленное применение началось в 1950-х годах, когда появились новые станки. УСМ характеризуется отсутствием какого-либо вредного воздействия на металлическую структуру материала заготовки.

Принцип работы ультразвуковой обработки

Он работает по тому же принципу, что и ультразвуковая сварка.

Этот метод обработки использует ультразвуковые волны для создания высокочастотных сил с малой амплитудой, которые действуют как абразивные движущие силы. Ультразвуковая машина производит высокочастотную вибрирующую волну с частотой от от 20 000 до 30 000 Гц. и амплитудой около 25–50 микрон .

Эта высокочастотная вибрация передается абразивным частицам, содержащимся в абразивной суспензии. Это приводит к тому, что абразивная частица вдавливает хрупкую заготовку и удаляет металл с контактной поверхности.

Части ультразвуковой обработки

1. Электропитание
2. Преобразователи
3. Высокочастотный генератор
4. Ультразвуковые преобразователи амплитуды или инструментальный рожок
5. Механизм охлаждения
6. Инструменты
7. Держатель инструмента
8. Сопло
9. Решения
10. Насосы

1. Блок питания

Для этого процесса обработки обычно требуется источник питания с частотой 50–60 Гц. . В результате для начала процесса доступен источник питания переменного тока.

2. Преобразователи (магнитострикторы)

Этот преобразователь является магнитострикционным. в природе. Этот преобразователь, однажды преобразованный в магнит, будет изменять частоту механических колебаний, действуя на основе магнитострикционного действия. Этот преобразователь будет вибрировать как вверх, так и вниз.

3. Высокочастотный генератор

Высокочастотный генератор также известен как ультразвуковой источник питания или электронный генератор. Он обычно используется для преобразования обычных источников питания, работающих на частоте 50 или 60 Гц . к высокочастотной электрической энергии. Чаще всего используются частоты от 20 до 40 кГц. . Затем эти частоты подаются на электрический преобразователь.

4. Ультразвуковые преобразователи амплитуды или инструментальный рожок

Этот блок, как следует из названия, соединяет инструмент с датчиком. Он передает усиленную вибрацию от усилителя до инструмента. Он должен иметь высокий предел выносливости.

Его также называют концентратором инструментов. . Амплитуда вибрации, создаваемая датчиком, с диапазоном примерно 0,025 мм недостаточна для механической обработки. Используется для увеличения амплитуды колебаний.

Вибрация также направлена ​​и сконцентрирована на всплывающей подсказке. Инструмент крепится к нижнему концу рожка инструмента и помогает в удалении материала. Для соединения инструмента с рожком инструмента используются сварка, завинчивание, пайка или пайка.

5. Механизм охлаждения

В верхней части преобразователя установлена ​​система охлаждения. Холодная вода поступает через входные ворота, получая тепло от преобразователя и избегая выхода. Кожух окружает преобразователь для охлаждения. , а внутри этого корпуса течет вода.

6 .Инструменты

Ультразвуковое обрабатывающее оборудование обычно изготавливается из прочного затвердевающего и хрупкого материала, который не разрушается при хрупком разрушении и является пластичным, например, из карбида вольфрама, нержавеющей стали, титана, меди и т. д.

Материалы удаляются с заготовки с помощью инструментов. Приспособления изготавливаются по форме той же полости, которая должна быть сформирована на поверхности заготовки.

7. Держатель инструмента

Используется для удержания инструмента.

8 .Сопло

Сопло изготовлено из вольфрама. . Вольфрам используется для изготовления сопла, потому что шлам из насоса может повредить сопло, если оно сделано из мягкого материала; он сделан из твердого материала, такого как вольфрам.

9 , Решения

В области механической обработки растворы карбида кремния, карбида бора и смеси глинозема, содержащие твердые абразивные частицы в воде или масле, обычно подаются на постоянной основе.

10 , Насосы

Насос используется для подачи абразивных растворов на насадку.

Работа ультразвуковой обработки

Система обработки, показанная на рисунках, состоит в основном из магнитостриктора, концентратора, инструмента и устройства подачи шлама.

Этот высокочастотный вход подается на электромеханический преобразователь. r i.e (Магнитостриктор), который возбуждается на ультразвуковой частоте и
производит колебания малой амплитуды.

Рог лежит между датчиками и держателем инструмента. Рупор используется для увеличения амплитуды вибрации преобразователя, которая затем фокусируется и направляется на инструмент. При подключении источника переменного тока к высокочастотному генератору частота входного питания повышается с 20 до 40 кГц. Когда устройство вибрирует, держатель инструмента захватывает его.

Абразивная суспензия подается с постоянной скоростью с помощью насоса между поверхностью инструмента и заготовкой при вибрации оборудования. Затем инструмент слегка прижимают к заготовке, оставляя достаточно места для протекания суспензии между инструментом и заготовками. Размер, образующийся в заготовке в результате удаления материала, будет таким же, как размер инструмента.

Когда вибрационное устройство прижимается к заготовке, высокая кинетическая энергия вибрации передается этим абразивным частицам, и эти абразивные частицы наносятся на поверхность заготовки, удаляя материал за счет микроскопического трения.

Процесс удаления материалов с использованием ультразвуковой обработки (USM)

На рисунке показан полный механизм удаления материала USM,
который включает в себя три отдельных действия:

<сильный>1. Механическое истирание путем локального прямого удара молотком по абразивным зернам, застрявшим между вибрирующим инструментом и прилегающей рабочей поверхностью.

2. Микровыкрашивание за счет свободных ударов частиц, которые пролетают через зазор обработки и ударяются о заготовку в случайных местах.

3. Эрозия рабочей поверхности за счет кавитации в потоке шлама.

Сообщается, что относительный вклад эффекта кавитации составляет менее 5 процентов от общего количества удаляемого материала. Доминирующим механизмом, участвующим в УСМ всех материалов, является прямое ударное воздействие. Мягкий и
эластичные материалы, такие как мягкая сталь, часто сначала пластически деформируются, а затем
позже удаляются с меньшей скоростью.

В случае твердых и хрупких материалов, таких как стекло, скорость обработки высока, и также можно заметить роль свободного удара.

Скорость резания процесса ультразвуковой обработки зависит от

Коэффициент сокращения: Скорость резания при использовании УСМ зависит от определенных факторов. Это :

<сильный>1. Размер зерна абразива.

<сильный>2. Абразивные материалы.

3. Концентрация шлама.

4. Амплитуда вибрации.

5. Частота

Точность: 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 + 0,005 мм и чистота поверхности до R, значение 0,1-0,125u. Минимальный радиус угла 0,10 мм возможен при чистовой обработке. Диапазон размеров машин USM варьируется от легких портативных моделей с входной мощностью около 20 Вт до тяжелых машин с потребляемой мощностью до 2 кВт.

Применения ультразвуковой обработки

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

1. Представляем круглые отверстия и отверстия любой формы, для которых можно изготовить инструмент. Диапазон получаемых форм можно увеличить, перемещая заготовку во время резки.

2. При выполнении/обработке таких операций, как сверление, шлифование, профилирование и фрезерование всех материалов, как проводящих, так и непроводящих.

3. При обработке стекла, керамики, вольфрама и других твердых карбидов, драгоценных камней, камней, таких как синтетический рубин.

4. При нарезании резьбы в компонентах из твердых металлов и сплавов путем приблизительного вращения и перемещения либо заготовки, либо инструмента.

5. При изготовлении фильер из карбида вольфрама и алмазной проволоки, а также матриц для ковки и экструзии.

6. Предоставление стоматологу возможности просверлить отверстие любой формы в зубах, не причиняя боли.

Преимущества и недостатки ультразвуковой обработки

<сильный>1. Хрупкие, непроводящие, твердые и хрупкие материалы можно обрабатывать с помощью ультразвуковой обработки.

2. Поскольку во время этого процесса обработки не выделяется тепло, физические изменения в заготовке очень незначительны или отсутствуют.

3. Неметалл, который нельзя обрабатывать с помощью электроэрозионной или электронной обработки из-за плохой электропроводности, но который можно очень хорошо обрабатывать с помощью ультразвуковой обработки.

4. Это процесс без заусенцев и искажений.

<сильный>5. Его можно использовать в сочетании с другими новыми технологиями, такими как EDM, ЭКГ и ECM.

6. Шум во время работы отсутствует.

<сильный>7. Оборудованием, используемым в этой обработке, могут пользоваться как квалифицированные, так и неквалифицированные операторы.

8. Можно достичь высокого уровня точности при сохранении высокого уровня чистоты поверхности.

9. Независимо от проводимости любой материал можно обрабатывать.

Недостатки

1. Из-за механизма микроскола или эрозии удаление металла происходит медленно.

2. Наконечник сонотрода изнашивается быстрее.

3. Обработка глубоких отверстий с помощью этого метода затруднена из-за неспособности абразивной суспензии течь по дну отверстия (за исключением ротационной ультразвуковой обработки).

4. Ультразвуковой вибрационной обработкой можно обрабатывать только материалы со значением твердости не менее 45 HRC (HRC:шкала Роквелла для измерения твердости материала).

Ограничения ультразвуковой обработки

Ограничения процесса: Основным ограничением процесса является сравнительно 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.

Инструментальный материал, используемый в УСМ, должен быть прочным и пластичным. Трудности с очень пластичными металлами, такими как алюминий, можно проследить из-за его короткого срока службы. Эту трудность можно устранить, используя в качестве инструментальных материалов низкоуглеродистую и нержавеющую сталь.

Экспериментальная проверка показала, что скорость съема металла уменьшается с соотношением твердости заготовки и твердости инструмента. Таким образом, если твердость заготовки увеличивается, ожидается, что твердость инструмента также увеличится.

Выбор инструментального металла является одним из наиболее важных решений для оптимизации съема металла и стоимости инструмента. Масса длины инструмента также представляет проблему, поскольку материалы инструмента поглощают большую часть ультразвуковой энергии, снижая эффективность. Более длинный инструмент вызывает перенапряжение. Размер зерен и абразивная суспензия также имеют правильный размер. Было замечено, что если размер зерна больше или меньше амплитуды вибрации, скорость обработки снижается.

Выбор зерна для чистовой обработки не должен перекрываться с заданным зерном черновой обработки, при резке глубоких отверстий необходимы специальные приемы подачи шлама через резцедержатель, иначе скопление частиц зерна внутри отверстия отвлечет дальнейшую обработку.

Принудительная циркуляция, попеременное смешивание зерен большего и меньшего размера, всасывание — вот некоторые из многих эффективных методов, применяемых для устранения этой проблемы обработки глубоких отверстий.

Недавние разработки в области ультразвуковой обработки

Недавняя разработка:недавно произошла новая разработка в области ультразвуковой обработки, в которой используется инструмент, пропитанный алмазной пылью, и не используется суспензия. Инструмент колеблется на ультразвуковых частотах, а также вращается. Если невозможно повернуть инструмент, заготовка может быть повернута.

Это нововведение устранило недостатки обычного процесса сверления глубоких отверстий. Например, размеры отверстий могут быть сохранены 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.

Часто Задаваемые вопросы

При ультразвуковой обработке материал удаляется

A. Использование абразивной суспензии между инструментом и изделием
B. Непосредственный контакт инструмента с заготовкой
C. Поддержание электролита между изделием и инструментом в очень маленьком зазоре между ними.
D. Эрозия, вызванная быстро повторяющимися искровыми разрядами между инструментом и изделием

Ответ: Вариант А

Ультразвуковая обработка (USM) – это удаление материала за счет абразивного действия жидкой суспензии, содержащей песок, циркулирующей между заготовкой и инструментом, вибрирующим перпендикулярно заготовке с частотой, превышающей слышимый диапазон.

При ультразвуковой обработке функция преобразователей заключается в

А. превращать механическую энергию в тепловую
B. преобразовывать электрическую энергию в тепло
C. преобразовывать электрическую энергию в механические колебания
D. Преобразовать механическую энергию в электрическую энергию
(Ответ: в)

Преобразователь преобразует колебательный ток в механическую вибрацию. В ультразвуковой обработке использовались два типа преобразователей; либо пьезоэлектрический, либо магнитострикционный:… Магнитострикция — это эффект, который заставляет материал слегка изменять форму при изменении магнитного поля через него.

При ультразвуковой обработке инструмент перемещается

А. движется в поперечном направлении
B. движется в продольном направлении
C. вибрирует в поперечном направлении
D. колеблется в продольном направлении
(Ответ: г)

Это была вся информация о процессе ультразвуковой обработки, о том, как он работает, по какому принципу он работает, каковы преимущества и недостатки процесса ультразвуковой обработки.

Если вам понравилась статья, поделитесь ею с друзьями и оставьте свой отзыв в комментариях ниже.