Ultraäänikäsittely: tekniikka, edut ja haitat

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Metallintyöstöteollisuus pystyy tässä kehitysvaiheessa ratkaisemaan monimutkaisia tehtäviä eri kovuusasteisten työkappaleiden leikkaamisessa ja porauksessa. Tämä tuli mahdolliseksi, kun kehitettiin olennaisesti uusia tapoja vaikuttaa materiaaliin, mukaan lukien laaja joukko sähkömekaanisia menetelmiä. Yksi tehokkaimmista tämän tyyppisistä teknologioista on ultraäänikäsittely (UZO), joka perustuu sähköakustisen säteilyn periaatteisiin.

Mittaus-RCD:n periaatteet

Mittakäsittelyn aikana tavalliset mekaaniset leikkurit ja hioma-aineet toimivat suorana vaikutusvälineenä. Keskeinen ero tässä menetelmässä on työkalua käyttävässä energialähteessä. Tässä kapasiteetissa ultraäänivirtageneraattori toimii 16–30 kHz:n taajuuksilla. Hän provosoisamojen hiomarakeiden värähtelyt ultraäänitaajuudella, mikä varmistaa käsittelylle ominaisen laadun. Lisäksi on tarpeen huomata mekaanisten toimintojen eri tyypit. Tämä ei ole vain tavallisia leikkaus- ja hiontaelementtejä, vaan myös rakenteen muodonmuutos säilyttäen sen tilavuuden. Lisäksi ultraäänimitoitus varmistaa, että työkappaleen hiukkaset pysyvät minimissä jopa leikkauksen aikana. Materiaaliin vaikuttavat rakeet pisteyttivät mikrohiukkasia, jotka eivät vaikuta tuotteen muotoiluun. Itse asiassa rakennetta ei tuhoudu näytteenotolla, mutta halkeamia voi kuitenkin levitä hallitsemattomasti.

Erot plasmatekniikasta

Prosessoinnin laadun kann alta ultraääni- ja plasmamenetelmissä on monia samanlaisia ominaisuuksia, jotka mahdollistavat erittäin tarkan leikkauksen. Mutta myös niiden välillä on merkittävä ero työn periaatteessa. Joten jos UZO:lla on voimakas vaikutus hiomajauheeseen trimmaustyökalun sivulta sähköa altogeneraattorin energiatuella, niin plasmakäsittelymenetelmässä käytetään työväliaineena ionisoitua kaasua, joka on ladattu ioneilla ja elektroneilla. Toisin sanoen ultraääni- ja plasmakäsittelytekniikat vaativat yhtä paljon riittävän tehokkaan energiageneraattorin tuen. Ensimmäisessä tapauksessa tämä on ultraääni-sähkölaite ja toisessa tapauksessa korkean lämpötilan kaasu- tai isotermiset laitteistot, jotka pystyvät nostamaan työväliaineen lämpötilatilan 16 000 °C:seen. Plasmahoidon tärkeä osa on elektrodien ja plasman käyttöaineet, jotka tarjoavat suuren leikkurin ohjatun kaaren tehon.

Ultraäänihoitolaitteet

Nyt kannattaa pohtia tarkemmin RCD:n toteutuksessa käytetyistä laitteista. Suurilla teollisuudenaloilla tällaisiin tarkoituksiin käytetään koneita, jotka on varustettu generaattorisarjalla ultraäänitaajuuden vaihtovirran tuottamiseksi. Muodostunut virta ohjataan magneettimuuntimen käämiin, joka puolestaan luo sähkömagneettisen kentän asennuksen työkappaleeseen. Ultraäänikäsittely alkaa siitä, että koneen lävistin alkaa värisemään ollessaan sähkömagneettisessa kentässä. Generaattori asettaa tämän värähtelyn taajuudet tietyssä tapauksessa vaadittujen asetettujen parametrien perusteella.

Meistin on valmistettu magnetostriktiivisesta materiaalista (raudan, nikkelin ja koboltin seoksesta), jonka lineaariset mitat voivat muuttua magneettisen anturin vaikutuksesta. Ja viimeisessä kriittisessä vaiheessa lävistin vaikuttaa hiomajauheeseen a altoputkikondensaattoria pitkin ohjattujen värähtelyjen kautta. Lisäksi käsittelyn laajuus ja teho voivat olla erilaisia. Tarkastetuilla laitteilla tehdään teollista metallityöstöä massiivisten rakenteiden muodostuksella, mutta on myös kompakteja laitteita, joilla on samanlainen toimintaperiaate, joille tehdään erittäin tarkka kaiverrus.

Ulottuva RCD-tekniikka

Laitteiden asennuksen ja valmistelun jälkeenKohdemateriaalista hankaava liete syötetään toiminta-alueelle - eli tuotteen pinnan ja värähtelevän pään väliseen tilaan. Muuten, pii- tai boorikarbideja käytetään yleensä itse hioma-aineena. Automatisoiduilla linjoilla vettä käytetään jauheen toimitukseen ja jäähdytykseen. Metallien suora ultraäänikäsittely koostuu kahdesta toimenpiteestä:

• Hankkaavien hiukkasten tunkeutuminen työkappaleen haluttuun pintaan, jonka seurauksena muodostuu mikrohalkeamien verkosto ja tuotteen mikrohiukkaset puhkaisevat.
• Hiomamateriaalin kierto käsittelyvyöhykkeellä - käytetyt rakeet korvataan uusilla hiukkasvirroilla.

Tärkeä ehto koko prosessin tehokkuudelle on ylläpitää korkea vauhti molemmissa toimenpiteissä syklin loppuun asti. Muuten käsittelyparametrit muuttuvat ja hiontasuunnan tarkkuus heikkenee.

Prosessin ominaisuudet

Tietylle tehtävälle optimaaliset käsittelyparametrit on asetettu valmiiksi. Sekä mekaanisen vaikutuksen konfiguraatio että työkappaleen materiaalin ominaisuudet otetaan huomioon. Ultraäänihoidon keskimääräiset ominaisuudet voidaan esittää seuraavasti:

• Virtageneraattorin taajuusalue on 16-30 kHz.
• Meistimen tai sen työvälineen värähtelyamplitudi - alempi spektri toiminnan alussa on 2-10 mikronia ja ylempi taso voi olla 60 mikronia.
• Hiomalietteen kylläisyys - 20 - 100 tuhatta.jyviä per 1 cm kuutio.
• Hiomaelementtien halkaisija - 50 - 200 mikronia.

Näiden parametrien vaihtelu mahdollistaa yksittäisen erittäin tarkan lineaarikäsittelyn lisäksi myös monimutkaisten urien ja leikkausten tarkan muodostamisen. Monimutkaisten geometrioiden kanssa työskentely on tullut mahdolliseksi lävistysten ominaisuuksien täydellisyyden ansiosta, mikä voi vaikuttaa hiomakoostumukseen eri malleissa, joissa on ohut ylärakenne.

Jysteenpoisto RCD:llä

Tämä toimenpide perustuu akustisen kentän kavitaation ja erosiivisen aktiivisuuden lisääntymiseen, kun hiomavirtaan johdetaan erittäin pieniä, 1 mikronin kokoisia hiukkasia. Tämä koko on verrattavissa iskuääniaallon vaikutussäteeseen, mikä mahdollistaa heikkojen jäysteiden tuhoamisen. Työprosessi järjestetään erityisessä nestemäisessä väliaineessa, jossa on glyseriiniseosta. Säiliönä käytetään myös erikoislaitetta - fytomixeria, jonka lasissa on punnitut hioma-aineet ja työosa. Heti kun työväliaineeseen kohdistetaan akustinen a alto, alkaa hiomahiukkasten satunnainen liike, jotka vaikuttavat työkappaleen pintaan. Piikarbidin ja elektrokorundin hienot rakeet veden ja glyseriinin seoksessa poistavat tehokkaan jäysteenpoiston jopa 0,1 mm:n kokoisiksi. Toisin sanoen ultraäänikäsittelyllä saadaan tarkka ja erittäin tarkka mikrovikojen poisto, jotka voivat jäädä jopa perinteisen mekaanisen hiontaan. Jos puhumme suurista purseista, on järkevää lisätä prosessin intensiteettiä lisäämällä säiliöön kemiallisia elementtejäkuin sininen vitrioli.

Osien puhdistus vikavirtasuojakytkimellä

Työstettävien metalliaihioiden pinnoilla voi olla erilaisia pinnoitteita ja epäpuhtauksia, joita ei syystä tai toisesta saa poistaa perinteisellä hankaavalla puhdistuksella. Tässä tapauksessa käytetään myös kavitaatioultraäänikäsittelyn tekniikkaa nestemäisessä väliaineessa, mutta useilla eroilla edelliseen menetelmään:

• Taajuusalue vaihtelee 18 - 35 kHz.
• Orgaanisia liuottimia, kuten freonia ja etyylialkoholia, käytetään nestemäisenä väliaineena.
• Vakaan kavitaatioprosessin ja työkappaleen luotettavan kiinnityksen ylläpitämiseksi on asetettava fytomixerin resonanssitoiminto, jonka nestepatsas vastaa puolta ultraääniaallon pituudesta.

Timanttiporaus ultraäänellä

Menetelmässä käytetään pyörivää timanttityökalua, jota pyörittävät ultraäänivärähtelyt. Käsittelyprosessin energiakustannukset ylittävät perinteisillä mekaanisilla menetelmillä tarvittavien resurssien määrän ja ovat 2000 J/mm3. Tällä teholla voit porata halkaisij altaan jopa 25 mm nopeudella 0,5 mm/min. Myös materiaalien ultraäänikäsittely poraamalla vaatii jäähdytysnesteen käyttöä suuria määriä jopa 5 l/min. Nestevirtaukset huuhtelevat myös hienojakoista jauhetta työkalun ja työkappaleen pinnoilta,muodostuu hioma-aineen tuhoutumisen aikana.

Viravirtasuojakytkimen suorituskyvyn hallinta

Teknologinen prosessi on käyttäjän ohjauksessa, joka valvoo vaikuttavien värähtelyjen parametreja. Tämä koskee erityisesti värähtelyjen amplitudia, äänen nopeutta sekä virransyötön intensiteettiä. Näiden tietojen avulla varmistetaan työympäristön hallinta ja hankaavan materiaalin vaikutus työkappaleeseen. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä instrumenttien ultraäänikäsittelyssä, kun yhdessä teknologisessa prosessissa voidaan käyttää useita laitteiden toimintatapoja. Edistyksellisimmät ohjausmenetelmät sisältävät automaattisten menetelmien osallistumisen prosessointiparametrien muuttamiseen tuotteen parametrit tallentavien antureiden lukemien perusteella.

Ultraäänitekniikan edut

RCD-tekniikan käyttö tarjoaa useita etuja, jotka ilmenevät vaihtelevissa määrin sen toteutustavan mukaan:

• Työstöprosessin tuottavuus kasvaa useita kertoja.
• Ultraäänityökalujen kuluminen vähenee 8-10 kertaa perinteisiin koneistusmenetelmiin verrattuna.
• Porattaessa käsittelyparametrit kasvavat syvyydessä ja halkaisijassa.
• Lisää mekaanisen toiminnan tarkkuutta.

Teknologian puutteet

Tämän menetelmän laajaa soveltamista haittaavat edelleen monet puutteet. Ne liittyvät pääasiassa organisaation teknologiseen monimutkaisuuteen.prosessi. Lisäksi osien ultraäänikäsittely vaatii lisätoimenpiteitä, mukaan lukien hankaavan materiaalin toimituksen työalueelle ja vesijäähdytyslaitteiden liittämisen. Nämä tekijät voivat myös nostaa työn kustannuksia. Teollisia prosesseja huollettaessa myös energiakustannukset nousevat. Lisäresursseja tarvitaan paitsi pääyksiköiden toiminnan varmistamiseen, myös suojajärjestelmien ja sähköisiä signaaleja lähettävien virrankeräinten toimintaan.

Johtopäätös

Ultraäänihiomatekniikan käyttöönotto metallintyöstöprosesseissa johtui perinteisten leikkaus-, poraus-, sorvaus- jne menetelmien käytön rajoituksista. Toisin kuin perinteinen sorvi, ultraäänimetallityöstö pystyy käsittelemään tehokkaasti kovemman kovuuden materiaaleja.. Tämän tekniikan käyttö mahdollisti työstöjen suorittamisen karkaistulle teräkselle, titaanikarbidiseoksille, volframia sisältäville tuotteille jne. Samalla taataan mekaanisen toiminnan korkea tarkkuus minimaalisilla vaurioilla työstökohdassa sijaitsevalle rakenteelle. alueella. Mutta kuten muidenkin innovatiivisten teknologioiden, kuten plasmaleikkauksen, laser- ja vesisuihkukäsittelyn, kanssa, tällaisten metallinkäsittelymenetelmien käytössä on edelleen taloudellisia ja organisatorisia ongelmia.