Ultraskaņas apstrāde: tehnoloģija, priekšrocības un trūkumi

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Metālapstrādes nozare šajā attīstības stadijā spēj atrisināt sarežģītus dažādus cietības pakāpes sagatavju griešanas un urbšanas uzdevumus. Tas kļuva iespējams, pateicoties principiāli jaunu materiālu ietekmēšanas veidu izstrādei, tostarp plašai elektromehānisko metožu grupai. Viena no efektīvākajām šāda veida tehnoloģijām ir ultraskaņas apstrāde (UZO), kuras pamatā ir elektroakustiskā starojuma principi.

Izmēru RCD principi

Izmēru apstrādes laikā parastie mehāniskie griezēji un abrazīvi darbojas kā tiešs ietekmes instruments. Šīs metodes galvenā atšķirība ir enerģijas avotā, kas darbina instrumentu. Šajā jaudā ultraskaņas strāvas ģenerators darbojas 16–30 kHz frekvencēs. Viņš provocēto pašu abrazīvo graudu svārstības ultraskaņas frekvencē, kas nodrošina apstrādes raksturīgo kvalitāti. Turklāt ir jāņem vērā dažādi mehāniskās darbības veidi. Tas ir ne tikai parastie griešanas un slīpēšanas elementi, bet arī konstrukcijas deformācija, saglabājot tās apjomu. Turklāt ultraskaņas izmēru noteikšana nodrošina to, ka apstrādājamā priekšmeta daļiņas tiek samazinātas līdz minimumam pat griešanas laikā. Graudi, kas ietekmē materiālu, iezīmēja mikrodaļiņas, kas neietekmē izstrādājuma dizainu. Faktiski, ņemot paraugus, struktūra netiek iznīcināta, taču var rasties nekontrolēta plaisu izplatīšanās.

Atšķirības no plazmas tehnoloģijas

Apstrādes kvalitātes ziņā ultraskaņas un plazmas metodēm ir daudz līdzīgu īpašību, kas nodrošina augstas precizitātes griešanu. Bet arī starp tām ir būtiska atšķirība darba principā. Tātad, ja UZO ietver intensīvu triecienu uz abrazīvo pulveri no apgriešanas instrumenta sāniem ar elektrisko viļņu ģeneratora enerģijas atbalstu, tad plazmas apstrādes metodē kā darba vidi tiek izmantota jonizēta gāze, kas uzlādēta ar joniem un elektroniem. Tas ir, ultraskaņas un plazmas apstrādes tehnoloģijām vienlīdz nepieciešams pietiekami jaudīga enerģijas ģeneratora atbalsts. Pirmajā gadījumā tas ir ultraskaņas elektriskais aparāts, bet otrajā gadījumā augstas temperatūras gāzes vai izotermiskas iekārtas, kas spēj paaugstināt darba vides temperatūras režīmu līdz 16 000 °C. Svarīga plazmas ārstēšanas sastāvdaļa ir elektrodu un plazmas izmantošanavielas, kas nodrošina lielu griezēja vadītā loka jaudu.

Ultraskaņas apstrādes iekārtas

Tagad ir vērts sīkāk pakavēties pie RCD ieviešanā izmantotajām iekārtām. Lielajās nozarēs šādiem nolūkiem tiek izmantotas mašīnas, kas aprīkotas ar ģeneratoru komplektu ultraskaņas frekvences maiņstrāvas ģenerēšanai. Radītā strāva tiek novirzīta uz magnētiskā pārveidotāja tinumu, kas, savukārt, rada elektromagnētisko lauku instalācijas darba korpusam. Ultraskaņas apstrāde sākas ar to, ka mašīnas perforators sāk vibrēt, atrodoties elektromagnētiskajā laukā. Šīs vibrācijas frekvences nosaka ģenerators, pamatojoties uz iestatītajiem parametriem, kas ir nepieciešami konkrētā gadījumā.

Perforators ir izgatavots no magnetostriktīva materiāla (dzelzs, niķeļa un kob alta sakausējuma), kura lineārie izmēri var mainīties magnētiskā devēja ietekmē. Un pēdējā kritiskajā posmā perforators iedarbojas uz abrazīvo pulveri, izmantojot svārstības, kas tiek virzītas gar viļņvada kondensatoru. Turklāt apstrādes mērogs un jauda var atšķirties. Uz aplūkotajām iekārtām tiek veikta rūpnieciskā metālapstrāde ar masīvu konstrukciju veidošanu, taču ir arī kompaktas ierīces ar līdzīgu darbības principu, uz kurām tiek veikta augstas precizitātes gravēšana.

Izmēru RCD tehnika

Pēc aprīkojuma uzstādīšanas un sagatavošanasNo mērķa materiāla abrazīvā suspensija tiek piegādāta operācijas zonai - tas ir, telpai starp izstrādājuma virsmu un svārstīgo galu. Starp citu, silīcija vai bora karbīdus parasti izmanto kā abrazīvu. Automatizētajās līnijās pulvera piegādei un dzesēšanai tiek izmantots ūdens. Metālu tiešā ultraskaņas apstrāde sastāv no divām operācijām:

• Abrazīvo daļiņu trieciena iekļūšana paredzētajā sagataves virsmā, kā rezultātā veidojas mikroplaisu tīkls un tiek caurdurtas izstrādājuma mikrodaļiņas.
• Abrazīvā materiāla cirkulācija apstrādes zonā - izlietotos graudus aizstāj ar jaunu daļiņu plūsmām.

Svarīgs nosacījums visa procesa efektivitātei ir augsta tempa uzturēšana abās procedūrās līdz cikla beigām. Pretējā gadījumā apstrādes parametri mainās un abrazīvā virziena precizitāte samazinās.

Procesa raksturlielumi

Apstrādes parametri, kas ir optimāli konkrētam uzdevumam, ir iepriekš iestatīti. Tiek ņemta vērā gan mehāniskās darbības konfigurācija, gan sagataves materiāla īpašības. Ultraskaņas apstrādes vidējos raksturlielumus var attēlot šādi:

• Strāvas ģeneratora frekvenču diapazons ir no 16 līdz 30 kHz.
• Perforatora vai tā darba instrumenta svārstību amplitūda - apakšējais spektrs darbības sākumā ir no 2 līdz 10 mikroniem, un augšējais līmenis var sasniegt 60 mikronus.
• Abrazīvās vircas piesātinājums - no 20 līdz 100 tūkst.graudi uz 1 cm kubu.
• Abrazīvo elementu diametrs - no 50 līdz 200 mikroniem.

Šo parametru mainīšana ļauj ne tikai individuālu augstas precizitātes lineāro apstrādi, bet arī precīzi izveidot sarežģītas rievas un izgriezumus. Daudzos veidos darbs ar sarežģītām ģeometrijām ir kļuvis iespējams, pateicoties perforatoru īpašību pilnveidošanai, kas var ietekmēt abrazīvo sastāvu dažādos modeļos ar plānu virsbūvi.

Atslogošana ar RCD

Šīs darbības pamatā ir akustiskā lauka kavitācijas un erozīvās aktivitātes palielināšanās, kad abrazīvā plūsmā tiek ievadītas īpaši mazas daļiņas no 1 mikrona. Šis izmērs ir salīdzināms ar trieciena skaņas viļņa ietekmes rādiusu, kas ļauj iznīcināt vājās urbumu vietas. Darba process tiek organizēts īpašā šķidrā vidē ar glicerīna maisījumu. Kā konteiners tiek izmantots arī īpašs aprīkojums - fitomikseris, kura glāzē ir sverami abrazīvi un darba daļa. Tiklīdz uz darba vides tiek uzlikts akustiskais vilnis, sākas nejauša abrazīvo daļiņu kustība, kas iedarbojas uz sagataves virsmu. Smalki silīcija karbīda un elektrokorunda graudi ūdens un glicerīna maisījumā nodrošina efektīvu atstarpju noņemšanu līdz 0,1 mm lielumam. Tas ir, ultraskaņas apstrāde nodrošina precīzu un augstas precizitātes mikrodefektu noņemšanu, kas varētu palikt pat pēc tradicionālās mehāniskās slīpēšanas. Ja mēs runājam par lielām burām, tad ir jēga palielināt procesa intensitāti, pievienojot konteineram ķīmiskos elementus.kā zils vitriols.

Detaļu tīrīšana ar RCD

Uz apstrādājamo metāla sagatavju virsmām var būt dažāda veida pārklājumi un piemaisījumi, kurus viena vai otra iemesla dēļ nav atļauts noņemt ar tradicionālo abrazīvo tīrīšanu. Šajā gadījumā tiek izmantota arī kavitācijas ultraskaņas apstrādes tehnoloģija šķidrā vidē, taču ar vairākām atšķirībām no iepriekšējās metodes:

• Frekvenču diapazons mainīsies no 18 līdz 35 kHz.
• Organiskie šķīdinātāji, piemēram, freons un etilspirts, tiek izmantoti kā šķidra barotne.
• Lai uzturētu stabilu kavitācijas procesu un uzticamu sagataves fiksāciju, ir jāiestata fitomiksera rezonanses darbības režīms, kurā šķidruma kolonna atbildīs pusei no ultraskaņas viļņa garuma.

Dimanta urbšana, ko atbalsta ultraskaņa

Metode ietver rotējoša dimanta instrumenta izmantošanu, ko darbina ultraskaņas vibrācijas. Enerģijas izmaksas apstrādes procesam pārsniedz nepieciešamo resursu apjomu ar tradicionālajām mehāniskās iedarbības metodēm, sasniedzot 2000 J/mm3. Šī jauda ļauj urbt ar diametru līdz 25 mm ar ātrumu 0,5 mm/min. Arī materiālu ultraskaņas apstrādei ar urbšanu nepieciešams izmantot dzesēšanas šķidrumu lielos apjomos līdz 5 l/min. Šķidruma plūsmas arī izskalo smalko pulveri no instrumenta un sagataves virsmām,veidojas abrazīvā iznīcināšanas laikā.

RCD veiktspējas kontrole

Tehnoloģisko procesu kontrolē operators, kurš uzrauga iedarbīgo vibrāciju parametrus. Jo īpaši tas attiecas uz svārstību amplitūdu, skaņas ātrumu, kā arī strāvas padeves intensitāti. Ar šo datu palīdzību tiek nodrošināta darba vides kontrole un abrazīvā materiāla ietekme uz sagatavi. Šī īpašība ir īpaši svarīga instrumentu ultraskaņas apstrādē, kad vienā tehnoloģiskajā procesā var izmantot vairākus iekārtu darbības režīmus. Progresīvākās kontroles metodes ietver automātisku apstrādes parametru maiņas līdzekļu piedalīšanos, pamatojoties uz sensoru rādījumiem, kas reģistrē izstrādājuma parametrus.

Ultraskaņas tehnoloģijas priekšrocības

RCD tehnoloģijas izmantošana sniedz vairākas priekšrocības, kas izpaužas dažādās pakāpēs atkarībā no konkrētās ieviešanas metodes:

• Apstrādes procesa produktivitāte palielinās vairākas reizes.
• Ultraskaņas instrumentu nodilums ir samazināts par 8-10 reizēm, salīdzinot ar parastajām apstrādes metodēm.
• Urbjot, apstrādes parametri palielinās dziļumā un diametrā.
• Palielina mehāniskās darbības precizitāti.

Tehnoloģijas trūkumi

Šīs metodes plašu pielietošanu joprojām kavē vairāki trūkumi. Tie galvenokārt ir saistīti ar organizācijas tehnoloģisko sarežģītību.process. Turklāt detaļu apstrāde ar ultraskaņu prasa papildu darbības, tostarp abrazīvā materiāla nogādāšanu darba zonā un ūdens dzesēšanas aprīkojuma pievienošanu. Šie faktori var arī palielināt darba izmaksas. Apkalpojot rūpnieciskos procesus, pieaug arī enerģijas izmaksas. Papildu resursi ir nepieciešami ne tikai galveno bloku darbības nodrošināšanai, bet arī aizsardzības sistēmu un strāvas kolektoru darbībai, kas pārraida elektriskos signālus.

Secinājums

Ultraskaņas abrazīvās tehnoloģijas ieviešana metālapstrādes procesos bija saistīta ar ierobežojumiem tradicionālo griešanas, urbšanas, virpošanas uc metožu izmantošanā. Atšķirībā no parastajām virpas, ultraskaņas metālapstrāde spēj efektīvi tikt galā ar materiāliem ar paaugstinātu cietību.. Šīs tehnoloģijas izmantošana ļāva veikt apstrādes operācijas ar rūdītu tēraudu, titāna-karbīda sakausējumiem, volframu saturošiem izstrādājumiem utt. Tajā pašā laikā tiek garantēta augsta mehāniskās iedarbības precizitāte, minimāli bojājot konstrukciju, kas atrodas darba vietā. apgabalā. Taču, tāpat kā ar citām inovatīvām tehnoloģijām, piemēram, plazmas griešanas, lāzera un ūdens strūklas apstrādi, joprojām pastāv ekonomiskas un organizatoriskas problēmas, izmantojot šādas metāla apstrādes metodes.