Ultraljudsbehandling: teknik, fördelar och nackdelar

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Metallbearbetningsindustrin är i detta utvecklingsstadium kapabel att lösa de komplexa uppgifterna med att skära och borra arbetsstycken med olika hårdhetsgrader. Detta blev möjligt på grund av utvecklingen av fundament alt nya sätt att påverka materialet, inklusive en bred grupp av elektromekaniska metoder. En av de mest effektiva teknikerna av denna typ är ultraljudsbehandling (UZO), baserad på principerna för elektroakustisk strålning.

Principer för dimensionell RCD

Under dimensionell bearbetning fungerar de vanliga mekaniska fräsarna och slipmedlen som ett direkt påverkansverktyg. Den viktigaste skillnaden i denna metod ligger i energikällan som driver verktyget. I denna kapacitet arbetar ultraljudsströmgeneratorn vid frekvenser på 16–30 kHz. Han provocerarsvängningar av samma slipkorn vid ultraljudsfrekvens, vilket säkerställer den karakteristiska kvaliteten på bearbetningen. Dessutom är det nödvändigt att notera olika typer av mekaniska åtgärder. Detta är inte bara de vanliga skär- och slipelementen, utan också deformationen av strukturen med bibehållen volym. Ultraljudsdimensionering säkerställer dessutom att arbetsstyckets partiklar hålls till ett minimum även under skärning. Korn som påverkar materialet prickade ut mikropartiklar som inte påverkar produktens design. Faktum är att det inte sker någon förstörelse av strukturen genom provtagning, men okontrollerad spridning av sprickor kan förekomma.

Skillnader från plasmateknik

När det gäller bearbetningskvalitet har ultraljuds- och plasmametoder många liknande egenskaper, vilket ger möjlighet till högprecisionsskärning. Men också mellan dem finns det en betydande skillnad i principen om arbete. Så om UZO involverar en intensiv påverkan på det slipande pulvret från sidan av trimningsverktyget med energistödet från en elektrisk våggenerator, använder plasmabearbetningsmetoden joniserad gas laddad med joner och elektroner som ett arbetsmedium. Det vill säga, teknikerna för ultraljud och plasmabehandling kräver lika mycket stöd av en tillräckligt kraftfull energigenerator. I det första fallet är detta en elektrisk ultraljudsapparat, och i det andra fallet, högtemperaturgas- eller isotermiska installationer som kan bringa arbetsmediets temperaturregimen till 16 000 °C. En viktig komponent i plasmabehandling är användningen av elektroder och plasmaämnen som ger hög effekt av skärarens styrda båge.

Ultrasonic Treatment Machines

Nu är det värt att uppehålla sig mer i detalj vid utrustningen som används vid implementeringen av RCD. I stora industrier, för sådana ändamål, används maskiner, försedda med en generatorsats för att generera växelström av ultraljudsfrekvens. Den genererade strömmen riktas till magnetomvandlarens lindning, vilket i sin tur skapar ett elektromagnetiskt fält för installationens arbetskropp. Ultraljudsbearbetning börjar med det faktum att maskinens stans börjar vibrera och befinner sig i ett elektromagnetiskt fält. Frekvenserna för denna vibration ställs in av generatorn baserat på de inställda parametrar som krävs i ett särskilt fall.

Stämpeln är gjord av ett magnetostriktivt material (en legering av järn, nickel och kobolt) som kan ändras i linjära dimensioner under inverkan av en magnetisk givare. Och i det sista kritiska skedet verkar stansen på det slipande pulvret genom svängningar som styrs längs vågledarkondensatorn. Dessutom kan bearbetningens omfattning och kraft vara olika. På den övervägda utrustningen utförs industriell metallbearbetning med bildning av massiva strukturer, men det finns också kompakta enheter med en liknande funktionsprincip, på vilka högprecisionsgravering utförs.

Dimensional RCD-teknik

Efter att ha installerat utrustning och förberettav målmaterialet tillförs den slipande slurryn till operationsområdet - det vill säga till utrymmet mellan produktens yta och den oscillerande änden. Förresten, kisel eller borkarbider används vanligtvis som själva slipmedlet. I automatiserade linjer används vatten för pulverleverans och kylning. Direkt ultraljudsbearbetning av metaller består av två operationer:

• Träcker inträngning av abrasiva partiklar i den avsedda ytan på arbetsstycket, som ett resultat av vilket ett nätverk av mikrosprickor bildas och mikropartiklar av produkten punkteras.
• Cirkulation av abrasivt material i bearbetningszonen - använda spannmål ersätts av strömmar av nya partiklar.

En viktig förutsättning för effektiviteten av hela processen är att hålla ett högt tempo i båda procedurerna fram till slutet av cykeln. Annars ändras bearbetningsparametrarna och noggrannheten i slipriktningen minskar.

Processegenskaper

Bearbetningsparametrar som är optimala för en specifik uppgift är förinställda. Både konfigurationen av den mekaniska verkan och egenskaperna hos arbetsstyckets material tas med i beräkningen. De genomsnittliga egenskaperna för ultraljudsbehandling kan representeras enligt följande:

• Frekvensområdet för strömgeneratorn är från 16 till 30 kHz.
• Svängningsamplituden för stansen eller dess arbetsverktyg - det nedre spektrumet i början av operationen är från 2 till 10 mikron, och den övre nivån kan nå 60 mikron.
• Mättnad av slipslam - från 20 till 100 tusen.korn per 1 cm kub.
• Diameter av slipande element - från 50 till 200 mikron.

Variering av dessa parametrar möjliggör inte bara individuell linjär bearbetning med hög precision, utan också exakt bildande av komplexa spår och utskärningar. På många sätt har det blivit möjligt att arbeta med komplexa geometrier tack vare perfektionen av stansarnas egenskaper, vilket kan påverka slipkompositionen i olika modeller med en tunn överbyggnad.

Avgradning med RCD

Denna operation är baserad på en ökning av kavitationen och erosiv aktivitet i det akustiska fältet när ultrasmå partiklar från 1 mikron införs i det abrasiva flödet. Denna storlek är jämförbar med påverkansradien för stötljudvågen, vilket gör det möjligt att förstöra svaga områden av grader. Arbetsprocessen är organiserad i ett speciellt flytande medium med en glycerinblandning. En speciell utrustning används också som en behållare - en fytomixer, i ett glas som det finns vägda slipmedel och en arbetsdel. Så snart en akustisk våg appliceras på arbetsmediet, börjar den slumpmässiga rörelsen av slipande partiklar, som verkar på arbetsstyckets yta. Fina korn av kiselkarbid och elektrokorund i en blandning av vatten och glycerin ger effektiv avgradning upp till 0,1 mm i storlek. Det vill säga, ultraljudsbehandling ger exakt och högprecisionsborttagning av mikrodefekter som kan finnas kvar även efter traditionell mekanisk slipning. Om vi pratar om stora grader, är det vettigt att öka intensiteten i processen genom att lägga till kemiska element i behållarensom blåvitriol.

Rengöring av delar med RCD

På ytorna av bearbetade metallämnen kan det finnas olika typer av beläggningar och föroreningar som av en eller annan anledning inte är tillåten att avlägsna med traditionell slipande rengöring. I det här fallet används också tekniken för kavitationsultraljudsbearbetning i ett flytande medium, men med ett antal skillnader från den tidigare metoden:

• Frekvensområdet kommer att variera från 18 till 35 kHz.
• Ekologiska lösningsmedel som freon och etylalkohol används som flytande medium.
• För att upprätthålla en stabil kavitationsprocess och tillförlitlig fixering av arbetsstycket krävs det att fytomixerns resonansfunktion ställs in, vars vätskekolonn motsvarar halva längden av ultraljudsvågen.

Diamantborrning med stöd av ultraljud

Metoden innebär användning av ett roterande diamantverktyg, som drivs av ultraljudsvibrationer. Energikostnaderna för behandlingsprocessen överstiger volymen av erforderliga resurser med traditionella metoder för mekanisk verkan och når 2000 J/mm3. Denna kraft gör att du kan borra med en diameter på upp till 25 mm med en hastighet av 0,5 mm/min. Dessutom kräver ultraljudsbearbetning av material genom borrning användning av kylvätska i stora volymer upp till 5 l/min. Vätskeflöden tvättar också ut fint pulver från ytorna på verktyget och arbetsstycket,bildades under destruktionen av slipmedlet.

Kontroll av RCD-prestanda

Den tekniska processen är under kontroll av operatören, som övervakar parametrarna för de verkande vibrationerna. I synnerhet gäller detta amplituden av svängningar, ljudhastigheten, såväl som strömförsörjningens intensitet. Med hjälp av dessa data säkerställs kontrollen av arbetsmiljön och påverkan av det slipande materialet på arbetsstycket. Denna funktion är särskilt viktig vid ultraljudsbearbetning av instrument, när flera lägen för utrustningsdrift kan användas i en teknisk process. De mest progressiva styrmetoderna involverar deltagande av automatiska medel för att ändra bearbetningsparametrar baserat på avläsningar av sensorer som registrerar produktens parametrar.

Fördelar med ultraljudsteknik

Användningen av RCD-teknik ger ett antal fördelar, som visar sig i varierande grad beroende på den specifika metoden för dess implementering:

• Produktiviteten i bearbetningsprocessen ökar flera gånger.
• Ultraljudsslitage på verktyg minskar med 8-10 gånger jämfört med konventionella bearbetningsmetoder.
• Vid borrning ökar bearbetningsparametrarna i djup och diameter.
• Ökar noggrannheten för mekanisk verkan.

Flaws of technology

Brett tillämpning av denna metod hindras fortfarande av ett antal brister. De är främst relaterade till organisationens tekniska komplexitet.bearbeta. Dessutom kräver ultraljudsbearbetning av delar ytterligare operationer, inklusive leverans av slipmaterial till arbetsområdet och anslutning av utrustning för vattenkylning. Dessa faktorer kan också öka kostnaderna för arbetet. Vid service av industriella processer ökar också energikostnaderna. Ytterligare resurser krävs inte bara för att säkerställa huvudenheternas funktion, utan också för driften av skyddssystem och strömavtagare som sänder elektriska signaler.

Slutsats

Införandet av ultraljudsslipteknik i metallbearbetningsprocesser berodde på begränsningar i användningen av traditionella metoder för skärning, borrning, svarvning etc. Till skillnad från en konventionell svarv kan ultraljudsmetallbearbetning effektivt hantera material med ökad hårdhet. Användningen av denna teknik gjorde det möjligt att utföra bearbetningsoperationer på härdat stål, titan-karbidlegeringar, volframh altiga produkter etc. Samtidigt garanteras hög noggrannhet av mekanisk verkan med minimal skada på strukturen som ligger i arbetsstycket område. Men, precis som fallet är med andra innovativa teknologier som plasmaskärning, laser- och vattenstrålebehandling, finns det fortfarande ekonomiska och organisatoriska problem när man använder sådana metallbearbetningsmetoder.