Prelucrare cu ultrasunete: tehnologie, avantaje și dezavantaje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Industria de prelucrare a metalelor în această etapă de dezvoltare este capabilă să rezolve sarcinile complexe de tăiere și găurire a pieselor de prelucrat de diferite grade de duritate. Acest lucru a devenit posibil datorită dezvoltării unor modalități fundamental noi de influențare a materialului, inclusiv a unui grup larg de metode electromecanice. Una dintre cele mai eficiente tehnologii de acest tip este procesarea cu ultrasunete (UZO), bazată pe principiile radiațiilor electroacustice.

Principii ale RCD dimensional

În timpul prelucrării dimensionale, frezele mecanice obișnuite și abrazivii acționează ca un instrument direct de influență. Diferența cheie în această metodă constă în sursa de energie care alimentează une alta. În această capacitate, generatorul de curent cu ultrasunete funcționează la frecvențe de 16-30 kHz. El provoacăoscilații ale acelorași granule abrazive la frecvența ultrasonică, ceea ce asigură calitatea caracteristică a prelucrării. Mai mult, este necesar să se remarce varietatea tipurilor de acțiune mecanică. Aceasta nu este doar elementele obișnuite de tăiere și șlefuire, ci și deformarea structurii, menținând în același timp volumul acesteia. În plus, dimensionarea cu ultrasunete asigură că particulele piesei de prelucrat sunt menținute la minimum chiar și în timpul tăierii. Granule care afectează materialul punctate cu microparticule care nu afectează designul produsului. De fapt, nu există nicio distrugere a structurii prin eșantionare, cu toate acestea, poate apărea propagarea necontrolată a fisurilor.

Diferențe față de tehnologia cu plasmă

În ceea ce privește calitatea prelucrării, metodele cu ultrasunete și cu plasmă au multe caracteristici similare, oferind posibilitatea tăierii de în altă precizie. Dar și între ele există o diferență semnificativă în principiul muncii. Deci, dacă UZO implică un impact intens asupra pulberii abrazive din partea laterală a instrumentului de tundere cu suportul energetic al unui generator de unde electrice, atunci metoda de procesare cu plasmă folosește ca mediu de lucru gaz ionizat încărcat cu ioni și electroni. Adică, tehnologiile de prelucrare cu ultrasunete și cu plasmă necesită în egală măsură sprijinul unui generator de energie suficient de puternic. În primul caz, acesta este un aparat electric cu ultrasunete, iar în al doilea caz, instalații cu gaz de temperatură ridicată sau izoterme capabile să aducă regimul de temperatură al mediului de lucru la 16.000 °C. O componentă importantă a tratamentului cu plasmă este utilizarea electrozilor și a plasmeisubstanțe care asigură putere mare a arcului ghidat al frezei.

Aparate de tratament cu ultrasunete

Acum merită să ne oprim mai detaliat asupra echipamentelor utilizate în implementarea RCD. În industriile mari, în astfel de scopuri se folosesc mașini, prevăzute cu un grup electrogen pentru generarea de curent alternativ de frecvență ultrasonică. Curentul generat este direcționat către înfășurarea convertorului magnetic, care, la rândul său, creează un câmp electromagnetic pentru corpul de lucru al instalației. Prelucrarea cu ultrasunete începe cu faptul că pumnul mașinii începe să vibreze, aflându-se într-un câmp electromagnetic. Frecvențele acestei vibrații sunt stabilite de generator pe baza parametrilor setați care sunt necesari într-un anumit caz.

Poansonul este realizat dintr-un material magnetostrictiv (un aliaj de fier, nichel și cob alt) care se poate modifica în dimensiuni liniare sub acțiunea unui traductor magnetic. Iar în etapa critică finală, poansonul acționează asupra pulberii abrazive prin oscilații ghidate de-a lungul condensatorului-ghid de undă. Mai mult, amploarea și puterea procesării pot fi diferite. Pe echipamentele luate în considerare se realizează prelucrarea metalelor industriale cu formarea de structuri masive, dar există și dispozitive compacte cu un principiu similar de funcționare, pe care se realizează gravură de în altă precizie.

Tehnica RCD dimensional

După instalarea echipamentului și pregătireaa materialului țintă, suspensia abrazivă este furnizată în zona de operare - adică în spațiul dintre suprafața produsului și capătul oscilant. Apropo, carburile de siliciu sau de bor sunt utilizate de obicei ca abraziv în sine. În liniile automate, apa este folosită pentru livrarea și răcirea pulberii. Prelucrarea directă cu ultrasunete a metalelor constă în două operații:

• Pătrunderea prin impact a particulelor abrazive în suprafața dorită a piesei de prelucrat, în urma căreia se formează o rețea de microfisuri și microparticulele de produs sunt perforate.
• Circularea materialului abraziv în zona de prelucrare - boabele uzate sunt înlocuite cu fluxuri de particule noi.

O condiție importantă pentru eficacitatea întregului proces este menținerea unui ritm ridicat în ambele proceduri până la sfârșitul ciclului. În caz contrar, parametrii de prelucrare se modifică, iar precizia direcției abrazive scade.

Caracteristicile procesului

Parametrii de procesare optimi pentru o anumită sarcină sunt prestabiliți. Sunt luate în considerare atât configurația acțiunii mecanice, cât și proprietățile materialului piesei de prelucrat. Caracteristicile medii ale tratamentului cu ultrasunete pot fi reprezentate după cum urmează:

• Intervalul de frecvență al generatorului de curent este de la 16 la 30 kHz.
• Amplitudinea de oscilație a poansonului sau a instrumentului său de lucru - spectrul inferior la începutul operațiunii este de la 2 la 10 microni, iar nivelul superior poate ajunge la 60 de microni.
• Saturația șlamului abraziv - de la 20 la 100 de mii.boabe la 1 cm cub.
• Diametrul elementelor abrazive - de la 50 la 200 de microni.

Variarea acestor parametri permite nu numai prelucrarea liniară individuală de în altă precizie, ci și formarea precisă a canelurilor și decupărilor complexe. În multe privințe, lucrul cu geometrii complexe a devenit posibilă datorită perfecțiunii caracteristicilor poansonelor, care pot afecta compoziția abrazivă în diferite modele cu suprastructură subțire.

Debavurare cu RCD

Această operațiune se bazează pe o creștere a cavitației și a activității erozive a câmpului acustic atunci când în fluxul abraziv sunt introduse particule ultra-mici de la 1 micron. Această dimensiune este comparabilă cu raza de influență a undei sonore de șoc, ceea ce face posibilă distrugerea zonelor slabe de bavuri. Procesul de lucru este organizat într-un mediu lichid special cu un amestec de glicerină. Un echipament special este, de asemenea, folosit ca recipient - un fitomixer, într-un pahar din care există abrazivi cântăriți și o parte de lucru. De îndată ce o undă acustică este aplicată mediului de lucru, începe mișcarea aleatorie a particulelor abrazive, care acționează pe suprafața piesei de prelucrat. Granulele fine de carbură de siliciu și electrocorindon într-un amestec de apă și glicerină asigură o debavură eficientă de până la 0,1 mm în dimensiune. Adică, tratamentul cu ultrasunete asigură îndepărtarea precisă și de în altă precizie a microdefectelor care ar putea rămâne chiar și după șlefuirea mecanică tradițională. Dacă vorbim de bavuri mari, atunci este logic să creștem intensitatea procesului prin adăugarea de elemente chimice în recipientca vitriolul albastru.

Curățarea pieselor cu RCD

Pe suprafețele semifabricatelor metalice de lucru, pot exista diverse tipuri de acoperiri și impurități care nu sunt permise, dintr-un motiv sau altul, să fie îndepărtate prin curățarea abrazivă tradițională. În acest caz, se folosește și tehnologia procesării cu ultrasunete prin cavitație în mediu lichid, dar cu o serie de diferențe față de metoda anterioară:

• Intervalul de frecvență va varia de la 18 la 35 kHz.
• Solvenții organici precum freonul și alcoolul etilic sunt utilizați ca mediu lichid.
• Pentru a menține un proces de cavitație stabil și o fixare fiabilă a piesei de prelucrat, este necesară setarea modului de funcționare rezonant al fitomixerului, coloana de lichid în care va corespunde jumătate din lungimea undei ultrasonice.

Găurire cu diamant susținută de ultrasunete

Metoda implică utilizarea unui instrument cu diamant rotativ, care este antrenat de vibrații ultrasonice. Costurile energetice pentru procesul de tratare depășesc volumul resurselor necesare cu metodele tradiționale de acțiune mecanică, ajungând la 2000 J/mm3. Această putere vă permite să găuriți cu un diametru de până la 25 mm la o viteză de 0,5 mm/min. De asemenea, prelucrarea cu ultrasunete a materialelor prin găurire necesită utilizarea lichidului de răcire în volume mari de până la 5 l/min. Fluxurile de fluid spăla, de asemenea, pulberea fină de pe suprafețele sculelor și piesei de prelucrat,format în timpul distrugerii abrazivului.

Controlul performanței RCD

Procesul tehnologic se află sub controlul operatorului, care monitorizează parametrii vibrațiilor care acționează. În special, acest lucru se aplică amplitudinii oscilațiilor, vitezei sunetului, precum și intensității sursei de curent. Cu ajutorul acestor date se asigura controlul mediului de lucru si impactul materialului abraziv asupra piesei de prelucrat. Această caracteristică este deosebit de importantă în prelucrarea cu ultrasunete a instrumentelor, atunci când mai multe moduri de funcționare a echipamentului pot fi utilizate într-un singur proces tehnologic. Cele mai progresive metode de control presupun participarea unor mijloace automate de modificare a parametrilor de procesare pe baza citirilor senzorilor care înregistrează parametrii produsului.

Avantajele tehnologiei cu ultrasunete

Utilizarea tehnologiei RCD oferă o serie de avantaje, care se manifestă în grade diferite în funcție de metoda specifică de implementare a acesteia:

• Productivitatea procesului de prelucrare crește de câteva ori.
• Uzura sculelor cu ultrasunete este redusă de 8-10 ori în comparație cu metodele convenționale de prelucrare.
• La găurire, parametrii de prelucrare cresc în adâncime și diametru.
• Crește precizia acțiunii mecanice.

Defecte ale tehnologiei

Aplicarea pe scară largă a acestei metode este încă împiedicată de o serie de deficiențe. Ele sunt legate în principal de complexitatea tehnologică a organizației.proces. În plus, prelucrarea cu ultrasunete a pieselor necesită operațiuni suplimentare, inclusiv livrarea materialului abraziv în zona de lucru și conectarea echipamentelor pentru răcirea cu apă. Acești factori pot crește, de asemenea, costul lucrării. La deservirea proceselor industriale, costurile cu energia cresc și ele. Sunt necesare resurse suplimentare nu doar pentru a asigura funcționarea unităților principale, ci și pentru funcționarea sistemelor de protecție și a colectoarelor de curent care transmit semnale electrice.

Concluzie

Introducerea tehnologiei abrazive cu ultrasunete în procesele de prelucrare a metalelor s-a datorat limitărilor în utilizarea metodelor tradiționale de tăiere, găurire, strunjire etc. Spre deosebire de un strung convențional, prelucrarea metalelor cu ultrasunete este capabilă să facă față eficient materialelor cu duritate crescută.. Utilizarea acestei tehnologii a făcut posibilă efectuarea de operațiuni de prelucrare pe oțel întărit, aliaje de carbură de titan, produse care conțin wolfram etc. În același timp, este garantată precizia ridicată a acțiunii mecanice cu deteriorarea minimă a structurii situate în lucrare. zonă. Dar, așa cum este cazul altor tehnologii inovatoare, cum ar fi tăierea cu plasmă, prelucrarea cu laser și cu jet de apă, există încă probleme economice și organizatorice atunci când se utilizează astfel de metode de prelucrare a metalelor.