Ультразвуковая обработка: принцип, оборудование, применение, преимущества и недостатки

Ультразвуковая обработка (УЗО)

Ультразвуковая обработка — нетрадиционный метод для твёрдых и хрупких материалов. Появилась в 1950 г. для доводки поверхностей после ЭРО. Применяется за низкую стоимость, отсутствие нагрева и высокую эффективность.

Принцип работы

Аналогичен ультразвуковой сварке. Генератор создаёт колебания 20–30 кГц, амплитудой 25–50 мкм. Вибрация передаётся через инструмент к абразивной суспензии. Абразивные частицы, ударяя в заготовку, срывают материал микровыемками.

Оборудование

Источник питания

Преобразует промышленную частоту (50/60 Гц) в высокочастотное напряжение (20 кГц).

Магнитостриктивный преобразователь

Преобразует электрические колебания в механические. Изготавливается из никеля или его сплавов.

Усилитель (бустер)

Увеличивает амплитуду механических колебаний и передаёт их рогу.

Инструмент

Изготавливается из вязких прочных материалов (сталь, нержавейка), чтобы абразив не разрушал сам инструмент.

Рог (держатель инструмента)

Передаёт усиленные колебания инструменту. Должен обладать высоким пределом выносливости.

Абразивная суспензия

Водяная суспензия карбида кремния, оксида алюминия или борного карбида. Предусмотрена система подачи и отбора.

Процесс обработки

1. Низкочастотный ток преобразуется в высокочастотный.
2. Преобразователь создаёт механические ультразвуковые колебания.
3. Бустер усиливает амплитуду.
4. Рог передаёт вибрацию инструменту.
5. Инструмент вибрирует, импульсируя абразивными частицами, которые удаляют материал.

Применение

• Твёрдые хрупкие материалы: твёрдые сплавы, керамика, стекло.
• Штампы, matrizы, реза для пролёта проводов.
• Лопатки турбин из нитрида кремния.
• Обработка алмазов.
• Неводимые твёрдые материалы, необрабатываемые ЭРО/ЭО.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Обработка сверхтвёрдых материалов.
• Отсутствие нагрева — нет закалки и структурных изменений.
• Обработка невидимых материалов.
• Отсутствие крупных стружек.

Недостатки

• Низкая скорость по сравнению с механическими методами.
• Высокий износ инструмента (абразив действует и на инструмент).
• Только твёрдые материалы; вязкие металлы не обрабатываются.
• Ограниченная глубина сверления.