Ultrahelitöötlus: tehnoloogia, eelised ja puudused

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Metallitööstus on praeguses arengujärgus võimeline lahendama erineva kõvadusega detailide lõikamise ja puurimise keerulisi ülesandeid. See sai võimalikuks tänu põhimõtteliselt uute materjalide mõjutamise viiside, sealhulgas paljude elektromehaaniliste meetodite väljatöötamisele. Üks tõhusamaid seda tüüpi tehnoloogiaid on ultrahelitöötlus (UZO), mis põhineb elektroakustilise kiirguse põhimõtetel.

Dimensioonide RCD põhimõtted

Dimensioonilise töötlemise ajal toimivad tavalised mehaanilised lõikurid ja abrasiivid otsese mõjuriistana. Selle meetodi peamine erinevus seisneb energiaallikas, mis tööriista toidab. Selles võimsuses töötab ultraheli voolugeneraator sagedustel 16–30 kHz. Ta provotseeribsamade abrasiivterade võnkumised ultrahelisagedusel, mis tagab töötlemise iseloomuliku kvaliteedi. Lisaks on vaja märkida mehaanilise tegevuse erinevaid liike. See pole mitte ainult tavalised lõike- ja lihvimiselemendid, vaid ka konstruktsiooni deformatsioon, säilitades selle mahu. Veelgi enam, ultraheli mõõtmine tagab, et töödeldava detaili osakesed on ka lõikamise ajal minimaalsed. Materjali mõjutavad terad on välja joonistanud mikroosakesed, mis ei mõjuta toote disaini. Tegelikult ei toimu proovide võtmisega struktuuri hävitamist, kuid võib esineda pragude kontrollimatut levikut.

Erinevused plasmatehnoloogiast

Töötlemiskvaliteedi osas on ultraheli- ja plasmameetoditel palju sarnaseid omadusi, mis pakuvad ülitäpse lõikamise võimalust. Kuid ka nende vahel on oluline erinevus tööpõhimõttes. Seega, kui UZO-ga kaasneb elektrilainegeneraatori energiatoega trimmitööriista küljelt tugev mõju abrasiivsele pulbrile, siis plasmatöötlusmeetodis kasutatakse töökeskkonnana ioonide ja elektronidega laetud ioniseeritud gaasi. See tähendab, et ultraheli- ja plasmatöötluse tehnoloogiad nõuavad võrdselt piisav alt võimsa energiageneraatori tuge. Esimesel juhul on see ultraheli-elektriseade ja teisel juhul kõrge temperatuuriga gaasi- või isotermilised paigaldised, mis suudavad viia töökeskkonna temperatuurirežiimi 16 000 °C-ni. Plasmaravi oluline komponent on elektroodide ja plasma kasutamineained, mis tagavad lõikuri juhitava kaare suure võimsuse.

Ultraheli ravimasinad

Nüüd tasub RCD rakendamisel kasutatud seadmetel üksikasjalikum alt peatuda. Suurtes tööstusharudes kasutatakse sellistel eesmärkidel masinaid, mis on varustatud generaatorikomplektiga ultraheli sagedusega vahelduvvoolu genereerimiseks. Tekkiv vool suunatakse magnetmuunduri mähisesse, mis omakorda loob paigaldise töökehale elektromagnetvälja. Ultraheli töötlemine algab sellest, et masina mulgur hakkab vibreerima, olles elektromagnetväljas. Selle vibratsiooni sagedused määrab generaator seatud parameetrite alusel, mis on konkreetsel juhul nõutavad.

Perforaator on valmistatud magnetostriktiivsest materjalist (raua, nikli ja koob alti sulam), mille lineaarsed mõõtmed võivad magnetmuunduri toimel muutuda. Ja viimases kriitilises etapis mõjutab stants abrasiivset pulbrit võnkumiste kaudu, mida juhitakse mööda lainejuhtkondensaatorit. Lisaks võivad töötlemise ulatus ja võimsus olla erinevad. Vaadeldavatel seadmetel tehakse tööstuslikku metallitööd massiivsete konstruktsioonide moodustamisega, kuid on ka sarnase tööpõhimõttega kompaktseid seadmeid, millele teostatakse ülitäpne graveerimine.

Dimensiooniline RCD tehnika

Pärast seadmete paigaldamist ja ettevalmistamistsihtmaterjalist juhitakse abrasiivne suspensioon operatsioonipiirkonda - see tähendab toote pinna ja võnkuva otsa vahele jäävasse ruumi. Muide, abrasiivina kasutatakse tavaliselt räni- või boorkarbiide. Automatiseeritud liinides kasutatakse vett pulbri kohaletoimetamiseks ja jahutamiseks. Metallide otsene ultrahelitöötlus koosneb kahest toimingust:

• Abrasiivsete osakeste löögi läbitungimine tooriku ettenähtud pinnale, mille tulemusena tekib mikropragude võrgustik ja toote mikroosakesed torgatakse.
• Abrasiivmaterjali ringlus töötlemistsoonis – kasutatud terad asendatakse uute osakeste voogudega.

Kogu protsessi efektiivsuse oluline tingimus on hoida mõlema protseduuri puhul kõrge tempo kuni tsükli lõpuni. Vastasel juhul muutuvad töötlemisparameetrid ja abrasiivse suuna täpsus väheneb.

Protsessi omadused

Konkreetse ülesande jaoks optimaalsed töötlemisparameetrid on eelseadistatud. Arvesse võetakse nii mehaanilise toime konfiguratsiooni kui ka töödeldava detaili materjali omadusi. Ultraheliravi keskmisi omadusi saab esitada järgmiselt:

• Voolugeneraatori sagedusvahemik on 16 kuni 30 kHz.
• Punkti või selle töövahendi võnkeamplituud – alumine spekter on toimingu alguses 2 kuni 10 mikronit ja ülemine tase võib ulatuda 60 mikronini.
• Abrasiivse läga küllastumine - 20 kuni 100 tuhat.terad 1 cm kuubi kohta.
• Abrasiivsete elementide läbimõõt – 50 kuni 200 mikronit.

Nende parameetrite muutmine võimaldab mitte ainult individuaalset ülitäpset lineaarset töötlemist, vaid ka keeruliste soonte ja väljalõigete täpset moodustamist. Paljudel juhtudel on keerukate geomeetriatega töötamine saanud võimalikuks tänu stantside omaduste täiuslikkusele, mis võib mõjutada erinevate õhukese pealisehitusega mudelite abrasiivset koostist.

Järje eemaldamine RCD-ga

See toiming põhineb akustilise välja kavitatsiooni ja erosiooni aktiivsuse suurenemisel, kui abrasiivsesse voolu suunatakse üliväikesed 1 mikroni suurused osakesed. See suurus on võrreldav löökhelilaine mõjuraadiusega, mis võimaldab hävitada nõrgad kohad. Tööprotsess korraldatakse spetsiaalses vedelas keskkonnas glütseriini seguga. Konteinerina kasutatakse ka spetsiaalset varustust - fütomikserit, mille klaasis on kaalutud abrasiivid ja tööosa. Niipea, kui töökeskkonnale kantakse akustiline laine, algab abrasiivsete osakeste juhuslik liikumine, mis toimivad tooriku pinnale. Ränikarbiidi ja elektrokorundi peened terad vee ja glütseriini segus tagavad tõhusa kuni 0,1 mm suuruse rümba eemaldamise. See tähendab, et ultrahelitöötlus tagab täpse ja suure täpsusega mikrodefektide eemaldamise, mis võivad jääda ka pärast traditsioonilist mehaanilist lihvimist. Kui me räägime suurtest pursetest, siis on mõistlik protsessi intensiivsust suurendada, lisades mahutisse keemilisi elemente.nagu sinine vitriool.

Osade puhastamine RCD-ga

Töötavate metallist tooriku pindadel võib olla mitmesuguseid katteid ja lisandeid, mida ühel või teisel põhjusel ei ole lubatud eemaldada traditsioonilise abrasiivse puhastusega. Sel juhul kasutatakse ka kavitatsiooni ultraheli töötlemise tehnoloogiat vedelas keskkonnas, kuid sellel on mitmeid erinevusi eelmisest meetodist:

• Sagedusvahemik varieerub vahemikus 18 kuni 35 kHz.
• Orgaanilisi lahusteid, nagu freoon ja etüülalkohol, kasutatakse vedela keskkonnana.
• Stabiilse kavitatsiooniprotsessi ja tooriku usaldusväärse fikseerimise säilitamiseks on vaja seadistada fütomikseri resonantsrežiim, mille vedelikusammas vastab poolele ultrahelilaine pikkusest.

Teemantpuurimine, mida toetab ultraheli

Meetod hõlmab pöörleva teemanttööriista kasutamist, mida juhivad ultraheli vibratsioonid. Energiakulud töötlemisprotsessile ületavad traditsiooniliste mehaaniliste meetoditega nõutavate ressursside mahu, ulatudes 2000 J/mm3. See võimsus võimaldab puurida kuni 25 mm läbimõõduga kiirusega 0,5 mm/min. Samuti nõuab materjalide ultrahelitöötlemine puurimise teel jahutusvedeliku kasutamist suurtes kogustes kuni 5 l/min. Vedelikuvoolud pesevad tööriista ja tooriku pinn alt välja ka peene pulbri,tekkis abrasiivi hävitamisel.

RCD jõudluse juhtimine

Tehnoloogiline protsess on operaatori kontrolli all, kes jälgib mõjuvate vibratsioonide parameetreid. Eelkõige puudutab see võnkumiste amplituudi, heli kiirust ja ka vooluvarustuse intensiivsust. Nende andmete abil on tagatud töökeskkonna kontroll ja abrasiivse materjali mõju töödeldavale detailile. See omadus on eriti oluline instrumentide ultrahelitöötlusel, kui ühes tehnoloogilises protsessis saab kasutada mitut seadmete töörežiimi. Kõige progressiivsemad juhtimismeetodid hõlmavad töötlemisparameetrite muutmise automaatsete vahendite kasutamist, mis põhinevad toote parameetreid registreerivate andurite näitudel.

Ultrahelitehnoloogia eelised

RCD-tehnoloogia kasutamine pakub mitmeid eeliseid, mis avalduvad erineval määral, olenev alt selle konkreetsest rakendusmeetodist:

• Töötlemisprotsessi tootlikkus suureneb mitu korda.
• Ultraheli tööriistade kulumine väheneb tavapäraste töötlemismeetoditega võrreldes 8–10 korda.
• Puurimisel suureneb töötlemisparameetrite sügavus ja läbimõõt.
• Suurendab mehaanilise tegevuse täpsust.

Tehnoloogilised vead

Selle meetodi laialdast rakendamist takistavad endiselt mitmed puudused. Need on peamiselt seotud organisatsiooni tehnoloogilise keerukusega.protsessi. Lisaks nõuab detailide ultrahelitöötlus täiendavaid toiminguid, sealhulgas abrasiivse materjali toimetamist tööalale ja vesijahutusseadmete ühendamist. Need tegurid võivad suurendada ka töö maksumust. Tööstusprotsesside teenindamisel suurenevad ka energiakulud. Lisaressursse on vaja mitte ainult põhiseadmete töö tagamiseks, vaid ka elektrisignaale edastavate kaitsesüsteemide ja voolukollektorite tööks.

Järeldus

Ultraheli abrasiivtehnoloogia kasutuselevõtt metallitöötlemisprotsessides oli tingitud traditsiooniliste lõikamis-, puurimis-, treimis- jne meetodite kasutamise piirangutest. Erinev alt tavapärasest treipingist suudab ultraheli metallitöötlemine tõhus alt toime tulla suurenenud kõvadusega materjalidega.. Selle tehnoloogia kasutamine võimaldas töödelda karastatud terase, titaankarbiidi sulamite, volframi sisaldavate toodete jne töötlemisoperatsioone. Samal ajal on tagatud mehaanilise toime kõrge täpsus minimaalsete kahjustustega töös asuvale konstruktsioonile. ala. Kuid nagu ka muude uuenduslike tehnoloogiate puhul, nagu plasmalõikamine, laser- ja vesijoaga töötlemine, on selliste metallitöötlusmeetodite kasutamisel endiselt majanduslikke ja organisatsioonilisi probleeme.