Dansk
|
| Frekvens: | |
|---|---|
| Vibrationsamplitude (a）: | |
| Gap overcut: | |
| Mængde: | |
M20-R
Rps-sonic
M20-R
Indledning
I modsætning hertil er ultralydsbearbejdning en ikke-termisk, ikke-kemisk og ikke-elektrisk bearbejdningsproces, der efterlader den kemiske sammensætning, materialemikrostruktur og fysiske egenskaber af emnet uændret. Nogle gange omtalt som ultralydsslibning (UIG) eller vibrationsskæring, kan UM-processen bruges til at generere en bred vifte af indviklede funktioner i avancerede materialer.
UM er en mekanisk materialefjernelsesproces, der kan bruges til bearbejdning af både ledende og ikke-metalliske materialer med hårdheder på over 40 HRC (Rockwell Hardness målt i C-skalaen). UM-processen kan bruges til at bearbejde præcisionsmikrofunktioner, runde og ulige huller, blinde hulrum og OD/ID-funktioner. Flere funktioner kan bores samtidigt, hvilket ofte reducerer den samlede bearbejdningstid betydeligt.
Højfrekvent energi med lav amplitude overføres til værktøjssamlingen. En konstant strøm af slibende opslæmning passerer mellem værktøjet og emnet. Det vibrerende værktøj kombineret med den slibende opslæmning sliber materialet ensartet og efterlader et præcist omvendt billede af værktøjets form. Værktøjet kommer ikke i kontakt med materialet; kun slibekornene kommer i kontakt med emnet.
I UM-processen påføres et lavfrekvent elektrisk signal til en transducer, som konverterer den elektriske energi til højfrekvente (~20 KHz) mekaniske vibrationer (se figur 2). Denne mekaniske energi overføres til et horn- og værktøjsaggregat og resulterer i en ensrettet vibration af værktøjet ved ultralydsfrekvensen med en kendt amplitude. Standardamplituden af vibrationer er typisk mindre end 0,002 tommer. Effektniveauet for denne proces er i området fra 50 til 3000 watt. Der påføres tryk på værktøjet i form af statisk belastning.
En konstant strøm af slibende opslæmning passerer mellem værktøjet og emnet. Almindeligt anvendte slibemidler omfatter diamant, borcarbid, siliciumcarbid og aluminiumoxid, og slibekornene er suspenderet i vand eller en passende kemisk opløsning. Ud over at give slibekorn til skærezonen, bruges gyllen til at skylle affald væk. Det vibrerende værktøj kombineret med den slibende opslæmning sliber materialet ensartet og efterlader et præcist omvendt billede af værktøjets form.
Ultralydsbearbejdning er en løs slibende bearbejdningsproces, der kræver en meget lav kraft påført slibekornet, hvilket fører til reducerede materialekrav og minimal eller ingen skade på overfladen. Materialefjernelse under UM-processen kan klassificeres i tre mekanismer: mekanisk slid ved direkte hamring af de slibende partikler ind i arbejdsemnet (major), mikrospåner gennem påvirkningen af de fritbevægelige slibemidler (mindre) og kavitationsinduceret erosion og kemisk effekt (mindre). 2
Materialefjernelseshastigheder og overfladeruheden, der genereres på den bearbejdede overflade, afhænger af materialeegenskaberne og procesparametrene, herunder typen og størrelsen af det anvendte slibemiddel og vibrationsamplituden, såvel som materialets porøsitet, hårdhed og sejhed. Generelt vil materialefjernelseshastigheden være lavere for materialer med høj materialehårdhed (H) og brudsejhed (KIC).
Parametre for ultralydsbearbejdning:
Ultralydsvibrationsbearbejdningsmetoden er en effektiv skæreteknik til svært bearbejdede materialer. Det har vist sig, at USM-mekanismen er påvirket af disse vigtige parametre.
Amplitude af værktøjsoscillation(a0)
Frekvens af værktøjsoscillation(f)
Værktøjsmateriale
Type slibemiddel
Slibemidlernes kornstørrelse eller kornstørrelse – d0
Fremføringskraft - F
Værktøjets kontaktområde – A
Volumenkoncentration af slibemiddel i vandgylle – C
Forholdet mellem emnets hårdhed og værktøjets hårdhed; λ=σw/σt
| Punkt | Parameter |
| Slibende | Borcarbid, aluminiumoxid og siliciumcarbid |
| Kornstørrelse (d0) | 100 – 800 |
| Hyppighed af vibrationer (f) | 19 – 25 kHz |
| Amplitude af vibration (a） | 15-50 µm |
| Værktøjsmateriale | Blødt stål titanlegering |
| Slidforhold | Wolfram 1,5:1 og glas 100:1 |
| Gab overskåret | 0,02-0,1 mm |
Selvom fremstillingsteknologier er veludviklede til materialer som metaller og deres legeringer, eksisterer der stadig betydelige problemer i fremstillingen af hårde og sprøde materialer, herunder keramik og glas. Deres overlegne fysiske og mekaniske egenskaber fører til lang bearbejdningscyklus og høje produktionsomkostninger. Ultralydsbearbejdning (USM) ved hjælp af løse slibende partikler suspenderet i en flydende opslæmning til materialefjernelse betragtes som en effektiv metode til fremstilling af disse materialer. Dette arbejde giver først et kort overblik over USM og omhandler derefter hovedsageligt udviklingen af en simuleringsmodel af denne proces ved hjælp af en mesh-fri numerisk teknik, den glattede partikelhydrodynamik (SPH). Revnedannelsen på arbejdsfladen påvirket af to slibende partikler studeres for at forstå materialefjernelsen og samspillet mellem slibende partikler i USM. Der udføres også eksperimenter for at verificere simuleringsresultaterne. SPH-modellen har vist sig at være nyttig til at studere USM og er i stand til at forudsige bearbejdningsydelsen.
Hårde og sprøde materialer, såsom glas, keramik og kvartskrystal, får mere og mere opmærksomhed i de seneste år på grund af deres overlegne egenskaber som høj hårdhed, høj styrke, kemisk stabilitet og lav densitet. Højtydende produkter fremstillet af disse materialer spiller en vigtig rolle inden for forskellige industrielle områder, herunder halvledere, optiske komponenter, rumfarts- og bilindustrien [1, 2]. Imidlertid eksisterer der stadig betydelige problemer såsom lang bearbejdningscyklus og høje produktionsomkostninger ved fremstilling af hårde og skøre materialer. Særlige vanskeligheder er produktionen af mikro-/nanostrukturer med høj bearbejdningseffektivitet, høje aspektforhold og gode overflader uden restspænding og mikrorevner. Derfor er der et afgørende behov for at udvikle præcision og effektive mikrobearbejdningsteknikker til disse materialer.
Utraditionelle bearbejdningsteknikker såsom elektrisk udladningsbearbejdning og laserstrålebearbejdning er blevet foreslået til at bearbejde hårde og sprøde materialer. Men selv disse processer har fremtrædende begrænsninger, at de bearbejdede overflader altid udsættes for varmeinducerede skader som omstøbt lag og termisk stress. Ultralydsbearbejdning (USM) er en anden alternativ metode til fremstilling af både ledende og ikke-ledende hårde og sprøde materialer. Det er kendt som en total mekanisk proces uden at lide af varme eller kemiske effekter, så USM ville ikke termisk beskadige bearbejdningsobjekterne eller synes at forårsage betydelige niveauer af resterende stress og kemiske ændringer.
