Ультразвуковая обработка (УЗМ) – основные детали, принцип работы, преимущества и недостатки применения

Ультразвуковая обработка (USM) также называемая ультразвуковой вибрационной обработкой, представляет собой процесс обработки, при котором материал удаляется с поверхности детали за счет низкоамплитудной и высокочастотной вибрации инструмента относительно поверхности материала в присутствии абразивных частиц.

• Движение инструмента происходит вертикально или перпендикулярно поверхности детали. Перемещение инструмента с амплитудой от 0,05 до 0,125 мм (от 0,002 до 0,005 дюйма).
• Суспензия образуется путем смешивания мелких абразивных зерен с водой. Эта суспензия должна течь через ж/п и кончик инструмента во время процесса обработки. Абразивные частицы в суспензии помогают в удалении материала с поверхности ж/п. Размер зерен абразивного материала обычно находится в диапазоне от 100 до 1000. Меньшие зерна (т.е. большее количество зерен) обеспечивают гладкую поверхность.
• Этот процесс обработки обычно используется для обработки хрупких материалов и материалов с высокой твердостью.

Принцип работы ультразвуковой обработки

Электрический ток высокой частоты (в ультразвуковом диапазоне, т.е. от 18 кГц до 40 кГц) используется для создания механических колебаний малой амплитуды и высокой частоты. Создаваемая механическая вибрация используется для обработки поверхности детали в присутствии частиц абразивного зерна в виде шлама. Шлам протекает через инструмент и заготовку. Когда инструмент давит на в/п, суспензия, содержащая абразивные частицы, откалывает материалы от поверхности.

Также прочтите: 

• Обработка лазерным лучом — основные части, принцип, работа с приложением
• Как работает процесс электронно-лучевой обработки?
• Электрохимическая обработка (ЭХО) — принцип работы, оборудование, преимущества и недостатки при применении

Основные части

Ультразвуковой обрабатывающий станок состоит из двух основных частей:преобразователя и сонотрода (также называемого рупором), соединенных кабелями с электронным блоком управления.

Функции различных частей описаны ниже

1. Преобразователь:

Преобразователь в основном состоит из цилиндра, изготовленного из пьезоэлектрической керамики. Он преобразует электрическую энергию в механическую вибрацию. Затем датчик вызывает вибрацию сонотрода с низкой амплитудой и высокой частотой.

2. Сонотроде:

Он изготовлен из низкоуглеродистой стали. Один его конец соединен с преобразователем, а другой конец содержит инструмент. Сонотрод вибрирует с низкой амплитудой и высокой частотой и удаляет материал из в/п за счет истирания там, где он соприкасается с ним.

3. Блок управления:

Блок управления состоит из электронного генератора, вырабатывающего переменный ток высокой частоты. Производимая частота обычно находится в диапазоне от 18 кГц до 40 кГц в ультразвуковом диапазоне.

Типы USM

1. Ротационная ультразвуковая вибрационная обработка (РУМ):

В RUM вертикально вращающийся инструмент может вращаться вокруг оси сонотрода. Поверхность инструмента пропитана алмазами, которые используются для шлифовки поверхности детали. Абразивная суспензия не используется в машинах этого типа для удаления материала.

2. USM с химической поддержкой:

В этой обработке для процесса обработки используется химически реактивная абразивная жидкость.

Работа процесса ультразвуковой обработки

• Датчик и сонотрод крепятся к блоку управления кабелем.
• Блок управления имеет электронный генератор, который вырабатывает переменный ток с высокими ультразвуковыми частотами в диапазоне от 18 кГц до 40 кГц.
• Этот переменный ток высокой частоты подается на преобразователь. Преобразователь преобразует этот переменный ток в механическую вибрацию и передает эту механическую вибрацию на прикрепленный к нему сонотрод.
• Сонотрод вибрирует от преобразователя с низкой амплитудой и высокой частотой. Когда этот вибрирующий сонотрод ударяется о поверхность в/п, он удаляет из него материал. Шлам течет между инструментом и заготовкой и помогает в удалении материала с поверхности.
• Шлам, используемый при ультразвуковой обработке, содержит от 20% до 60% воды по объему, частицы оксида алюминия, карбида бора и карбида кремния.
• Так работает ультразвуковая обработка.

Преимущества

• Этот метод обработки позволяет обрабатывать хрупкие и твердые материалы с высокой точностью.
• Он может обрабатывать хрупкие материалы, такие как стекло и непроводящие металлы, которые не обрабатываются нетрадиционными методами, такими как электрохимическая обработка или электроэрозионная обработка.
• Он способен производить детали с высокими допусками.
• В обработанном материале нет искажений. И это потому, что сонотрод не выделяет тепла против в/п.
• Изменений физических свойств материала не наблюдается.
• Изготовленные обработанные детали требуют меньшего количества чистовой обработки из-за отсутствия заусенцев в процессе.

Недостатки

• Снятие металла происходит медленно из-за механизма микроскола или эрозии.
• Износ наконечника сонотрода происходит быстрее.
• Обработка глубоких отверстий этим методом непроста из-за невозможности стекания абразивной суспензии на дно отверстия (за исключением ротационной ультразвуковой обработки).
• Ультразвуковая вибрационная обработка может использоваться только для обработки материалов с твердостью не менее 45 HRC (HRC:шкала Роквелла для измерения твердости материала).

Приложение

• Он обычно используется для обработки хрупких и твердых материалов. Стекло, карбиды, керамика, драгоценные камни и закаленные стали — наиболее распространенные материалы, обрабатываемые USM.
• Это очень точный метод обработки, который используется при создании компонентов микроэлектрохимических систем, таких как микроструктурированные стеклянные пластины.

Ссылка: wikipedia.org