Ултразвукова обработка: технология, предимства и недостатъци

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Металообработващата индустрия на този етап на развитие е в състояние да реши сложните задачи за рязане и пробиване на детайли с различна степен на твърдост. Това стана възможно благодарение на разработването на принципно нови начини за въздействие върху материала, включително широка група от електромеханични методи. Една от най-ефективните технологии от този тип е ултразвуковата обработка (UZO), базирана на принципите на електроакустичното излъчване.

Принципи на дименсионалния RCD

По време на обработка на размери, обичайните механични ножове и абразиви действат като пряк инструмент за въздействие. Ключовата разлика в този метод се крие в източника на енергия, който захранва инструмента. В това си качество ултразвуковият генератор на ток работи на честоти от 16–30 kHz. Той провокиратрептения на същите абразивни зърна с ултразвукова честота, което осигурява характерното качество на обработката. Освен това е необходимо да се отбележи разнообразието от видове механично действие. Това са не само обичайните елементи за рязане и смилане, но и деформацията на конструкцията, като се запазва обемът й. Нещо повече, ултразвуковото оразмеряване гарантира, че частиците на детайла са сведени до минимум дори по време на рязане. Зърна, които засягат материала, изпъстрени микрочастици, които не влияят на дизайна на продукта. Всъщност няма разрушаване на структурата чрез вземане на проби, но може да възникне неконтролирано разпространение на пукнатини.

Разлики от плазмената технология

По отношение на качеството на обработка, ултразвуковите и плазмените методи имат много сходни характеристики, осигуряващи възможност за високо прецизно рязане. Но също така между тях има значителна разлика в принципа на работа. Така че, ако UZO включва интензивно въздействие върху абразивния прах от страната на инструмента за подрязване с енергийна поддръжка на генератор на електрически вълни, тогава методът на плазмена обработка използва йонизиран газ, зареден с йони и електрони като работна среда. Тоест технологиите за ултразвукова и плазмена обработка еднакво изискват поддръжката на достатъчно мощен генератор на енергия. В първия случай това е ултразвуков електрически апарат, а във втория - високотемпературни газови или изотермични инсталации, способни да доведат температурния режим на работната среда до 16 000 °C. Важен компонент на плазмената обработка е използването на електроди и плазмавещества, които осигуряват висока мощност на направляващата дъга на фреза.

Ултразвукови машини за лечение

Сега си струва да се спрем по-подробно на оборудването, използвано при изпълнението на RCD. В големите индустрии за такива цели се използват машини, снабдени с генераторен комплект за генериране на променлив ток с ултразвукова честота. Генерираният ток се насочва към намотката на магнитния преобразувател, който от своя страна създава електромагнитно поле за работното тяло на инсталацията. Ултразвуковата обработка започва с факта, че перфораторът на машината започва да вибрира, намирайки се в електромагнитно поле. Честотите на тази вибрация се задават от генератора въз основа на зададените параметри, които се изискват в конкретен случай.

Перфораторът е изработен от магнитострикционен материал (сплав от желязо, никел и кобалт), който може да се променя в линейни размери под действието на магнитен преобразувател. И в последния критичен етап, перфораторът действа върху абразивния прах чрез трептения, насочени по протежение на вълноводния кондензатор. Освен това мащабът и мощността на обработка могат да бъдат различни. На разглежданото оборудване индустриалната металообработка се извършва с образуване на масивни конструкции, но има и компактни устройства с подобен принцип на действие, на които се извършва високоточно гравиране.

Размерна RCD техника

След инсталиране на оборудване и подготовкаот целевия материал, абразивната суспензия се подава в зоната на операцията - тоест в пространството между повърхността на продукта и осцилиращия край. Между другото, като абразив обикновено се използват силициеви или борни карбиди. В автоматизираните линии водата се използва за доставяне на прах и охлаждане. Директно ултразвуковата обработка на метали се състои от две операции:

• Ударно проникване на абразивни частици в предвидената повърхност на детайла, в резултат на което се образува мрежа от микропукнатини и микрочастиците от продукта се пробиват.
• Църкулация на абразивен материал в зоната за обработка - използваните зърна се заменят с потоци от нови частици.

Важно условие за ефективността на целия процес е поддържането на високо темпо и в двете процедури до края на цикъла. В противен случай параметрите на обработка се променят и точността на посоката на абразив намалява.

Характеристики на процеса

Параметрите на обработка, оптимални за конкретна задача, са предварително зададени. Вземат се предвид както конфигурацията на механичното действие, така и свойствата на материала на детайла. Средните характеристики на ултразвуковото лечение могат да бъдат представени по следния начин:

• Честотният диапазон на токовия генератор е от 16 до 30 kHz.
• Амплитудата на трептене на поансона или неговия работен инструмент - долният спектър в началото на операцията е от 2 до 10 микрона, а горното ниво може да достигне 60 микрона.
• Насищане на абразивна суспензия - от 20 до 100 хиляди.зърна на 1 см куб.
• Диаметър на абразивните елементи - от 50 до 200 микрона.

Променянето на тези параметри позволява не само индивидуална високопрецизна линейна обработка, но и точното формиране на сложни канали и изрези. В много отношения работата със сложни геометрии стана възможна благодарение на съвършенството на характеристиките на щанците, което може да повлияе на абразивния състав при различни модели с тънка надстройка.

Очистване с RCD

Тази операция се основава на увеличаване на кавитацията и ерозионната активност на акустичното поле, когато ултра-малки частици от 1 микрон се въвеждат в абразивния поток. Този размер е съпоставим с радиуса на въздействие на ударната звукова вълна, което прави възможно унищожаването на слаби участъци от ръбове. Работният процес се организира в специална течна среда с глицеринова смес. Като контейнер се използва и специално оборудване - фитомиксер, в чието стъкло има претеглени абразиви и работна част. Веднага след като акустична вълна се приложи към работната среда, започва произволното движение на абразивни частици, които действат върху повърхността на детайла. Фините зърна от силициев карбид и електрокорунд в смес от вода и глицерин осигуряват ефективно премахване на ръбове с размер до 0,1 mm. Тоест, ултразвуковата обработка осигурява точно и прецизно отстраняване на микродефекти, които могат да останат дори след традиционно механично смилане. Ако говорим за големи бури, тогава има смисъл да се увеличи интензивността на процеса чрез добавяне на химически елементи към контейнеракато син витриол.

Почистване на части с RCD

Върху повърхностите на работните метални заготовки може да има различни видове покрития и замърсявания, които не е позволено по една или друга причина да бъдат отстранени чрез традиционно абразивно почистване. В този случай се използва и технологията на кавитационна ултразвукова обработка в течна среда, но с редица разлики от предишния метод:

• Честотният диапазон ще варира от 18 до 35 kHz.
• Органични разтворители като фреон и етилов алкохол се използват като течна среда.
• За да се поддържа стабилен процес на кавитация и надеждно фиксиране на детайла, е необходимо да се настрои резонансния режим на работа на фитомиксера, колоната на течността в който ще съответства на половината от дължината на ултразвуковата вълна.

Диамантно пробиване, поддържано от ултразвук

Методът включва използването на въртящ се диамантен инструмент, който се задвижва от ултразвукови вибрации. Енергийните разходи за процеса на третиране надвишават обема на необходимите ресурси при традиционните методи на механично действие, достигайки 2000 J/mm3. Тази мощност ви позволява да пробивате с диаметър до 25 мм със скорост 0,5 мм/мин. Също така, ултразвуковата обработка на материали чрез пробиване изисква използването на охлаждаща течност в големи обеми до 5 l/min. Течните потоци също отмиват финия прах от повърхностите на инструмента и детайла,образуван по време на разрушаването на абразива.

Контрол на производителността на RCD

Технологичният процес е под контрола на оператора, който следи параметрите на действащите вибрации. По-специално, това се отнася за амплитудата на трептенията, скоростта на звука, както и интензивността на тока. С помощта на тези данни се осигурява контрол на работната среда и въздействието на абразивния материал върху детайла. Тази особеност е особено важна при ултразвуковата обработка на инструменти, когато в един технологичен процес могат да се използват няколко режима на работа на оборудването. Най-прогресивните методи за контрол включват участието на автоматични средства за промяна на параметрите на обработка въз основа на показанията на сензорите, които записват параметрите на продукта.

Предимства на ултразвуковата технология

Използването на RCD технология осигурява редица предимства, които се проявяват в различна степен в зависимост от конкретния метод на нейното прилагане:

• Продуктивността на процеса на обработка се увеличава няколко пъти.
• Износването на ултразвуковия инструмент е намалено с 8-10 пъти в сравнение с конвенционалните методи на обработка.
• При пробиване, параметрите на обработка се увеличават в дълбочина и диаметър.
• Увеличава точността на механичното действие.

Недостатъци на технологията

Широко приложение на този метод все още е възпрепятствано от редица недостатъци. Те са свързани основно с технологичната сложност на организацията.процес. Освен това ултразвуковата обработка на части изисква допълнителни операции, включително доставка на абразивен материал до работната зона и свързване на оборудване за водно охлаждане. Тези фактори също могат да увеличат цената на работата. При обслужване на промишлени процеси се увеличават и енергийните разходи. Необходими са допълнителни ресурси не само за осигуряване на функционирането на основните модули, но и за работата на защитните системи и токосъбирачите, които предават електрически сигнали.

Заключение

Въвеждането на ултразвукова абразивна технология в процесите на металообработка се дължи на ограничения в използването на традиционни методи за рязане, пробиване, струговане и т.н. За разлика от конвенционалния струг, ултразвуковата металообработка е в състояние ефективно да се справи с материали с повишена твърдост. Използването на тази технология направи възможно извършването на механична обработка на закалена стомана, титаниево-карбидни сплави, продукти, съдържащи волфрам и др. В същото време се гарантира висока точност на механичното действие с минимално увреждане на конструкцията, разположена в работното място ■ площ. Но, както е в случая с други иновативни технологии като плазмено рязане, лазерна и водоструйна обработка, все още има икономически и организационни проблеми при използването на такива методи за обработка на метал.