Pemprosesan ultrasonik: teknologi, kebaikan dan keburukan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Industri pengerjaan logam pada peringkat pembangunan ini mampu menyelesaikan tugas rumit memotong dan menggerudi bahan kerja dengan pelbagai darjah kekerasan. Ini menjadi mungkin disebabkan oleh pembangunan cara asas baru untuk mempengaruhi bahan, termasuk sekumpulan luas kaedah elektromekanikal. Salah satu teknologi paling berkesan jenis ini ialah pemprosesan ultrasonik (UZO), berdasarkan prinsip sinaran elektroakustik.

Prinsip RCD dimensi

Semasa pemprosesan dimensi, pemotong mekanikal dan pelelas biasa bertindak sebagai alat pengaruh langsung. Perbezaan utama dalam kaedah ini terletak pada sumber tenaga yang menggerakkan alat. Dalam kapasiti ini, penjana arus ultrasonik beroperasi pada frekuensi 16-30 kHz. Dia provokasiayunan butiran kasar yang sama pada frekuensi ultrasonik, yang memastikan kualiti ciri pemprosesan. Selain itu, perlu diperhatikan pelbagai jenis tindakan mekanikal. Ini bukan sahaja elemen pemotongan dan pengisaran biasa, tetapi juga ubah bentuk struktur sambil mengekalkan kelantangannya. Lebih-lebih lagi, saiz ultrasonik memastikan zarah bahan kerja dikekalkan pada tahap minimum walaupun semasa pemotongan. Bijian yang memberi kesan kepada bahan bertitik zarah mikro yang tidak menjejaskan reka bentuk produk. Malah, tiada kemusnahan struktur melalui pensampelan, walau bagaimanapun, penyebaran keretakan yang tidak terkawal mungkin berlaku.

Perbezaan daripada teknologi plasma

Dari segi kualiti pemprosesan, kaedah ultrasonik dan plasma mempunyai banyak ciri yang serupa, memberikan kemungkinan pemotongan berketepatan tinggi. Tetapi juga di antara mereka terdapat perbezaan yang signifikan dalam prinsip kerja. Jadi, jika UZO melibatkan impak yang kuat pada serbuk kasar dari sisi alat pemangkasan dengan sokongan tenaga penjana gelombang elektrik, maka kaedah pemprosesan plasma menggunakan gas terion yang dicas dengan ion dan elektron sebagai medium kerja. Iaitu, teknologi pemprosesan ultrasonik dan plasma sama-sama memerlukan sokongan penjana tenaga yang cukup kuat. Dalam kes pertama, ini adalah alat elektrik ultrasonik, dan dalam kes kedua, gas suhu tinggi atau pemasangan isoterma yang mampu membawa rejim suhu medium kerja kepada 16,000 °C. Komponen penting dalam rawatan plasma ialah penggunaan elektrod dan plasmabahan yang memberikan kuasa tinggi arka berpandu pemotong.

Mesin Rawatan Ultrasonik

Kini adalah berbaloi untuk dibincangkan dengan lebih terperinci tentang peralatan yang digunakan dalam pelaksanaan RCD. Dalam industri besar, untuk tujuan sedemikian, mesin digunakan, disediakan dengan set penjana untuk menjana arus ulang-alik frekuensi ultrasonik. Arus yang dihasilkan diarahkan kepada penggulungan penukar magnet, yang seterusnya, mewujudkan medan elektromagnet untuk badan kerja pemasangan. Pemprosesan ultrasonik bermula dengan fakta bahawa pukulan mesin mula bergetar, berada dalam medan elektromagnet. Frekuensi getaran ini ditetapkan oleh penjana berdasarkan parameter set yang diperlukan dalam kes tertentu.

Penebuk diperbuat daripada bahan magnetostriktif (aloi besi, nikel dan kob alt) yang boleh berubah dalam dimensi linear di bawah tindakan transduser magnetik. Dan pada peringkat kritikal terakhir, pukulan bertindak pada serbuk kasar melalui ayunan yang dipandu sepanjang kapasitor pandu gelombang. Selain itu, skala dan kuasa pemprosesan boleh berbeza. Pada peralatan yang dipertimbangkan, pengerjaan logam industri dilakukan dengan pembentukan struktur besar-besaran, tetapi terdapat juga peranti padat dengan prinsip operasi yang serupa, di mana ukiran berketepatan tinggi dilakukan.

Teknik RCD Dimensi

Selepas memasang peralatan dan menyediakandaripada bahan sasaran, buburan kasar dibekalkan ke kawasan operasi - iaitu, ke ruang antara permukaan produk dan hujung berayun. By the way, silikon atau boron karbida biasanya digunakan sebagai pelelas itu sendiri. Dalam talian automatik, air digunakan untuk penghantaran serbuk dan penyejukan. Pemprosesan logam ultrasonik secara langsung terdiri daripada dua operasi:

• Kesan penembusan zarah kasar ke dalam permukaan bahan kerja yang dimaksudkan, akibatnya rangkaian retakan mikro terbentuk dan zarah mikro produk tercucuk.
• Peredaran bahan pelelas dalam zon pemprosesan - bijirin terpakai digantikan dengan aliran zarah baharu.

Satu syarat penting untuk keberkesanan keseluruhan proses adalah untuk mengekalkan kadar yang tinggi dalam kedua-dua prosedur sehingga akhir kitaran. Jika tidak, parameter pemprosesan berubah dan ketepatan arah melelas berkurangan.

Ciri-ciri proses

Parameter pemprosesan yang optimum untuk tugasan tertentu telah ditetapkan. Kedua-dua konfigurasi tindakan mekanikal dan sifat bahan bahan kerja diambil kira. Ciri-ciri purata rawatan ultrasonik boleh diwakili seperti berikut:

• Julat frekuensi penjana semasa ialah dari 16 hingga 30 kHz.
• Amplitud ayunan penebuk atau alat kerjanya - spektrum bawah pada permulaan operasi adalah dari 2 hingga 10 mikron, dan tahap atas boleh mencapai 60 mikron.
• Tepu buburan melelas - dari 20 hingga 100 ribu.bijirin setiap 1 cm kubus.
• Diameter unsur pelelas - dari 50 hingga 200 mikron.

Mengubah parameter ini bukan sahaja membolehkan pemprosesan linear berketepatan tinggi individu, tetapi juga pembentukan tepat alur dan potongan kompleks. Dalam banyak cara, bekerja dengan geometri kompleks telah menjadi mungkin disebabkan oleh kesempurnaan ciri-ciri penebuk, yang boleh menjejaskan komposisi melelas dalam model yang berbeza dengan struktur atas nipis.

Menyahburkan dengan RCD

Operasi ini berdasarkan peningkatan dalam peronggaan dan aktiviti hakisan medan akustik apabila zarah ultra-kecil daripada 1 mikron dimasukkan ke dalam aliran melelas. Saiz ini setanding dengan jejari pengaruh gelombang bunyi kejutan, yang memungkinkan untuk memusnahkan kawasan burr yang lemah. Proses kerja diatur dalam medium cecair khas dengan campuran gliserin. Peralatan khas juga digunakan sebagai bekas - phytomixer, dalam gelas yang terdapat pelelas yang ditimbang dan bahagian yang berfungsi. Sebaik sahaja gelombang akustik digunakan pada medium kerja, pergerakan rawak zarah kasar bermula, yang bertindak pada permukaan bahan kerja. Butiran halus silikon karbida dan elektrokorundum dalam campuran air dan gliserin memberikan deburring yang berkesan sehingga bersaiz 0.1 mm. Iaitu, rawatan ultrasonik menyediakan penyingkiran kecacatan mikro yang tepat dan berketepatan tinggi yang boleh kekal walaupun selepas pengisaran mekanikal tradisional. Jika kita bercakap tentang burr besar, maka masuk akal untuk meningkatkan keamatan proses dengan menambahkan unsur kimia ke dalam bekasseperti vitriol biru.

Membersihkan bahagian dengan RCD

Pada permukaan kosong logam yang berfungsi, mungkin terdapat pelbagai jenis salutan dan kekotoran yang tidak dibenarkan, atas satu sebab atau yang lain, dikeluarkan dengan pembersihan kasar tradisional. Dalam kes ini, teknologi pemprosesan ultrasonik peronggaan dalam medium cecair juga digunakan, tetapi dengan beberapa perbezaan daripada kaedah sebelumnya:

• Julat frekuensi berbeza dari 18 hingga 35 kHz.
• Pelarut organik seperti freon dan etil alkohol digunakan sebagai medium cecair.
• Untuk mengekalkan proses peronggaan yang stabil dan penetapan bahan kerja yang boleh dipercayai, ia diperlukan untuk menetapkan mod resonans operasi fitomixer, lajur cecair di dalamnya sepadan dengan separuh panjang gelombang ultrasonik.

Penggerudian berlian disokong oleh ultrasound

Kaedahnya melibatkan penggunaan alat berlian berputar, yang didorong oleh getaran ultrasonik. Kos tenaga untuk proses rawatan melebihi jumlah sumber yang diperlukan dengan kaedah tradisional tindakan mekanikal, mencapai 2000 J/mm3. Kuasa ini membolehkan anda menggerudi dengan diameter sehingga 25 mm pada kelajuan 0.5 mm/min. Juga, pemprosesan ultrasonik bahan dengan penggerudian memerlukan penggunaan penyejuk dalam jumlah besar sehingga 5 l/min. Aliran cecair juga membasuh serbuk halus dari permukaan perkakas dan bahan kerja,terbentuk semasa pemusnahan bahan pelelas.

Kawalan prestasi RCD

Proses teknologi berada di bawah kawalan pengendali, yang memantau parameter getaran bertindak. Khususnya, ini terpakai kepada amplitud ayunan, kelajuan bunyi, serta keamatan bekalan semasa. Dengan bantuan data ini, kawalan persekitaran kerja dan kesan bahan pelelas pada bahan kerja dipastikan. Ciri ini amat penting dalam pemprosesan ultrasonik instrumen, apabila beberapa mod operasi peralatan boleh digunakan dalam satu proses teknologi. Kaedah kawalan yang paling progresif melibatkan penyertaan cara automatik menukar parameter pemprosesan berdasarkan bacaan penderia yang merekodkan parameter produk.

Kelebihan teknologi ultrasonik

Penggunaan teknologi RCD memberikan beberapa kelebihan, yang menunjukkan dirinya kepada tahap yang berbeza-beza bergantung pada kaedah khusus pelaksanaannya:

• Produktiviti proses pemesinan meningkat beberapa kali ganda.
• Kehausan alat ultrasonik dikurangkan sebanyak 8-10 kali ganda berbanding kaedah pemesinan konvensional.
• Apabila menggerudi, parameter pemprosesan bertambah dalam kedalaman dan diameter.
• Meningkatkan ketepatan tindakan mekanikal.

Kecacatan teknologi

Aplikasi meluas kaedah ini masih terhalang oleh beberapa kelemahan. Mereka terutamanya berkaitan dengan kerumitan teknologi organisasi.proses. Di samping itu, pemprosesan ultrasonik bahagian memerlukan operasi tambahan, termasuk penghantaran bahan kasar ke kawasan kerja dan sambungan peralatan untuk penyejukan air. Faktor ini juga boleh meningkatkan kos kerja. Apabila menservis proses perindustrian, kos tenaga juga meningkat. Sumber tambahan diperlukan bukan sahaja untuk memastikan fungsi unit utama, tetapi juga untuk pengendalian sistem perlindungan dan pengumpul arus yang menghantar isyarat elektrik.

Kesimpulan

Pengenalan teknologi pelelas ultrasonik ke dalam proses kerja logam adalah disebabkan oleh keterbatasan dalam penggunaan kaedah tradisional memotong, menggerudi, memusing, dll. Tidak seperti mesin pelarik konvensional, kerja logam ultrasonik mampu mengatasi bahan dengan kekerasan yang meningkat dengan berkesan. Penggunaan teknologi ini memungkinkan untuk melakukan operasi pemesinan pada keluli keras, aloi titanium-karbida, produk yang mengandungi tungsten, dll. Pada masa yang sama, ketepatan tindakan mekanikal yang tinggi dijamin dengan kerosakan minimum pada struktur yang terletak di tempat kerja. kawasan. Tetapi, seperti halnya dengan teknologi inovatif lain seperti pemotongan plasma, laser dan pemprosesan waterjet, masih terdapat masalah ekonomi dan organisasi apabila menggunakan kaedah pemprosesan logam sedemikian.