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Rotierendes Ultraschall-Bearbeitungswerkzeug zum Fräsen/Bohren von Keramik- und Glasmaterialien

Unter Ultraschallbearbeitung versteht man den Materialabtrag durch die Schleifwirkung einer mit Körnern beladenen flüssigen Aufschlämmung, die zwischen dem Werkstück und einem Werkzeug zirkuliert, das senkrecht zur Arbeitsfläche mit einer Frequenz oberhalb des hörbaren Bereichs vibriert.
Frequenz:
Schwingungsamplitude (a):
Spaltüberschreitung:
Verfügbarkeit:
Menge:
Rotierendes Ultraschall-Bearbeitungswerkzeug zum Fräsen/Bohren von Keramik- und Glasmaterialien
Rotierendes Ultraschall-Bearbeitungswerkzeug zum Fräsen/Bohren von Keramik- und Glasmaterialien
  • M20-R

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Rotierendes Ultraschall-Bearbeitungswerkzeug zum Fräsen/Bohren von Keramik- und Glasmaterialien 



Einführung

Bei der rotierenden Ultraschall-Vibrationsbearbeitung kann sich das vertikal oszillierende Werkzeug um die vertikale Mittellinie des Werkzeugs drehen. Anstatt eine abrasive Aufschlämmung zum Materialabtrag zu verwenden, wird die Oberfläche des Werkzeugs mit Diamanten imprägniert, die die Oberfläche des Teils abschleifen. Rotierende Ultraschallmaschinen sind auf die Bearbeitung von Hochleistungskeramik und Legierungen wie Glas, Quarz, Strukturkeramik, Ti-Legierungen, Aluminiumoxid und Siliziumkarbid spezialisiert. Mit rotierenden Ultraschallmaschinen werden tiefe Löcher mit hoher Präzision hergestellt.

Die rotierende Ultraschall-Vibrationsbearbeitung ist ein relativ neues Herstellungsverfahren, das noch intensiv erforscht wird. Derzeit versuchen Forscher, diesen Prozess auf die Mikroebene zu übertragen und die Maschine ähnlich wie eine Fräsmaschine arbeiten zu lassen.

Die rotierende Ultraschallbearbeitungstechnologie ist eine der effektivsten Methoden zur Bearbeitung technischer Keramik. Es gibt jedoch Probleme wie komplizierte Werkzeugherstellung und starken Werkzeugverschleiß während der Bearbeitung, was ihre Anwendung bei der Bearbeitung komplexer Hohlraumkeramikteile erheblich einschränkt. Die rotierende Ultraschallumformung mit einem einfachen Werkzeug wie einem Fräser ist in den letzten Jahren eine praktikable Methode zur Lösung komplexer Hohlraumbearbeitungen in Ultraschallwellen.



Parameter der Ultraschallbearbeitung:

Das Ultraschall-Vibrationsbearbeitungsverfahren ist eine effiziente Schneidtechnik für schwer zerspanbare Materialien. Es wurde festgestellt, dass der USM-Mechanismus von diesen wichtigen Parametern beeinflusst wird. 

 Amplitude der Werkzeugschwingung (a0)

 Frequenz der Werkzeugschwingung (f) 

 Werkzeugmaterial 

 Art des Schleifmittels

 Korngröße bzw. Körnung der Schleifmittel – d0 

 Vorschubkraft - F 

 Kontaktbereich des Werkzeugs – A 

 Volumenkonzentration des Schleifmittels in der Wasseraufschlämmung – C 

 Verhältnis von Werkstückhärte zu Werkzeughärte; λ=σw/σt

Artikel

Parameter

Schleifmittel Borcarbid, Aluminiumoxid und Siliziumcarbid 
Korngröße (d0)  100 – 800
Schwingungsfrequenz (f)  19 – 25 kHz 
Schwingungsamplitude (a) 15 - 50 µm
Werkzeugmaterial Weicher Stahl aus Titanlegierung
Verschleißverhältnis  Wolfram 1,5:1 und Glas 100:1 
 Lücke überschnitten  0,02–0,1 mm

Ultraschallbearbeitung

Merkmale:


  •       Einfache Installation

  •       Verbessern Sie die Oberflächenintegrität des zu bearbeitenden Materials für echtes Kaltschneiden

  •       Reduzieren Sie den Schnittwiderstand bei der Werkzeugbearbeitung und reduzieren Sie die Eigenspannung auf der Oberfläche des bearbeiteten Materials

  •       Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Werkzeugmaschinen kann zur Verbesserung der Bearbeitungseffizienz bei Maschinenanwendungen mit niedriger Geschwindigkeit eingesetzt werden

  •       Maßgeschneiderte JT-, BT-, HSK-, Zylinderschaft- und andere Spezifikationen entsprechend der Werkzeugmaschinenspindel des Benutzers

  •       Geeignet für harte und spröde Materialien wie Glas, Keramiklampen sind schwieriger zu verarbeitende Materialien.


Was ist das Prinzip der Ultraschallbearbeitung?

      Durch Ultraschall wird eine sehr große Aufprallbeschleunigung (etwa das 104- bis 105-fache der Erdbeschleunigung) unter Einwirkung einer Vibrationsfrequenz von 20 bis 50 kHz (dh 2000 bis 50.000 Mal pro Sekunde) erreicht, und die Schnittrichtung der Maschine wird mit der Hauptbewegung der Maschine kombiniert. Durch Hochfrequenzvibration wird das Material zunächst zerkleinert und dann abtransportiert.


      Ultraschallfräsen ist mikroskopisch gesehen ein Impulsschneiden. Die effektive Schnittzeit des Werkzeugs ist sehr kurz. Das Werkzeug ist in mehr als 80 % der Fälle vollständig vom Werkstück getrennt und das Werkstück wird zeitweise von der bearbeiteten Oberfläche berührt, wodurch der Schneidwiderstand des Werkzeugs erheblich verringert und das übliche Schneiden vermieden wird. Das Phänomen des Messerlassens wird auf die Oberflächeneigenspannung des Werkstücks erheblich reduziert.

Die Ultraschallbearbeitung oder streng genommen die „Ultraschallvibrationsbearbeitung“ ist ein Subtraktionsfertigungsverfahren, bei dem Material von der Oberfläche eines Teils durch hochfrequente Vibrationen mit geringer Amplitude eines Werkzeugs gegen die Materialoberfläche in Gegenwart feiner Schleifpartikel entfernt wird. Das Werkzeug bewegt sich vertikal oder orthogonal zur Oberfläche des Teils mit Amplituden von 0,05 bis 0,125 mm (0,002 bis 0,005 Zoll).[1] Die feinen Schleifkörner werden mit Wasser vermischt, um eine Aufschlämmung zu bilden, die über das Teil und die Spitze des Werkzeugs verteilt wird. Typische Korngrößen des Schleifmaterials liegen zwischen 100 und 1000, wobei kleinere Körner (höhere Kornzahl) glattere Oberflächen erzeugen



 Die Ultraschallbearbeitung eignet sich für die Bearbeitung harter, spröder Materialien, darunter:


Glas,
Saphir,
Aluminiumoxid,
Ferrit,
PCD,
Piezokeramik,
Quarz
, CVD, Siliziumkarbid,
Keramikmatrix, Verbundwerkstoffe,
technische Keramik

  


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