Die Anwendung von Ultraschall im industriellen Bereich

1. Einführung

   Bei der Ultraschallbearbeitung werden Ultraschallvibrationswerkzeuge verwendet, um die Schleifsuspension zwischen Werkstück und Werkzeug zu treiben, auf den bearbeiteten Teil des Werkstücks einzuwirken und ihn zu polieren, sodass das lokale Material zu Pulver geätzt wird. Zum Perforieren, Schneiden, Schleifen usw. sowie eine Methode zum Verbinden der Werkstücke durch Ultraschallvibration. Die Ultraschallbearbeitungstechnologie ist eine der besonderen Bearbeitungstechnologien und kann häufig auf schwer zu bearbeitende Materialien angewendet werden, die bei der herkömmlichen Bearbeitung nur schwer zu bearbeiten sind. Ultraschallverarbeitungstechnologie wie Ultraschallentfernungsverarbeitung, Ultraschalloberflächenveredelung, Ultraschallschweißverarbeitung und Ultraschallverarbeitung.

 Ultraschall und seine Eigenschaften 

Die Ausbreitung von Schwingungen in einem elastischen Medium wird als Fluktuation, Welle bezeichnet, bezeichnet. Das physikalische Wesen der Volatilität ist der Prozess der Energieübertragung.

Hörbare Schallwellen: Schallwellen mit einer Frequenz zwischen 16 und 160.000 Hz.

Infraschallwellen: Schallwellen mit einer Frequenz unter 16 Hz.

Ultraschall: Schallwellen mit einer Frequenz über 16000 Hz.

Ultraschallwellen: Schallwellen mit einer Frequenz über 1010 Hz.

2, die grundlegenden Eigenschaften des Ultraschalls

(1) Ultraschallwellen haben wie Schallwellen unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, wenn sie sich in verschiedenen elastischen Medien wie Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen ausbreiten.

(2) Ultraschallenergie überträgt eine sehr starke Energie, die in ihrer Ausbreitungsrichtung einen Druck (Schalldruck) auf Hindernisse ausübt. Ultraschallwellen sind Longitudinalwellen, deren Schwingungsenergie durch die Energiedichte gemessen werden kann und deren Energiedichte mehr als 100 W/cm2 erreichen kann.

(3) Wenn sich die Ultraschallwelle im flüssigen Medium ausbreitet, kann sie an der Grenzfläche starke Stöße und Kavitation erzeugen und die Verarbeitung verstärken.

(4) Ultraschallwellen erzeugen Reflexions-, Interferenz- und Resonanzphänomene, und es kommt zu einer Überlagerung der Wellen, wodurch eine höhere Verarbeitungsenergie erzielt wird.

drei. Prinzipien und Eigenschaften der Ultraschallbearbeitung

1. Das Grundprinzip der Ultraschallbearbeitung

Bei der Ultraschallbearbeitung werden Ultraschallwellen als Kraft genutzt, um das Schleifmittel so anzutreiben, dass es mit sehr hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Werkstücks trifft. Durch die Einwirkung des Schleifmittels wird das Werkstückmaterial zerstört und fällt ab.

A. Der Ultraschallgenerator wandelt den Wechselstrom in eine elektrische Ultraschallschwingung um;

B. Der Wandler wandelt elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen um;

C. Die Hupe verstärkt die Amplitude auf 0,05–0,1 mm und das Antriebswerkzeug wird mit Ultraschall vibriert.

D. Das Werkzeug drückt das Schleifmittel mit hoher Geschwindigkeit zum Aufprall, schleudert das Werkstück, zerkleinert das Werkstückoberflächenmaterial und entfernt es;

E. Durch das Arbeitsmedium erzeugte hydraulische Stoßwellen und Kavitation beschleunigen die Rissausbreitung und Zerstörung des Oberflächenmaterials.

F. Die Ultraschallbearbeitung ist das kombinierte Ergebnis von mechanischer Einwirkung, Polieren und Kavitation. Die Wirkung spielt eine große Rolle.

2, die Eigenschaften der Ultraschallverarbeitung

(1) Geeignet für die Bearbeitung verschiedener harter und spröder Materialien, insbesondere nicht leitender nichtmetallischer Materialien wie Glas, Keramik, Quarz, Edelsteine, Diamanten und dergleichen.

(2) Für komplexere Formen können Werkzeuge aus weicheren Materialien hergestellt werden.

(3) Die Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück ist einfach, was den Maschinenaufbau vereinfacht.

(4) Die Schnittkraft ist gering, die Schnittwärme ist gering, Verformungen und Verbrennungen werden nicht verursacht und die Verarbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität sind ebenfalls gut.

vier. Ultraschallverarbeitungsgeräte

     Ultraschallverarbeitungsgeräte werden auch Ultraschallverarbeitungsgeräte genannt. Obwohl sich Ultraschallverarbeitungsanlagen unterschiedlicher Leistungsgrößen und verschiedener Hersteller in ihrer Struktur unterscheiden, sind ihre Komponenten grundsätzlich gleich.

    Das Ultraschallverarbeitungsgerät besteht im Allgemeinen aus einem Ultraschallgenerator, einem Ultraschallvibrationssystem (akustische Komponente), einem Werkzeugmaschinenkörper und einem Schleifmittel-Zirkulationssystem.

     Ultraschallverarbeitungsgerät

  1, Ultraschallgenerator

Funktion: Wandeln Sie die Netzfrequenz AC in eine Ultraschallfrequenzschwingung mit einer bestimmten Ausgangsleistung um.

2. Akustische Komponenten (Wandler, Hörner und Verstärker).

Funktion: Umwandlung der vom Ultraschallgenerator abgegebenen hochfrequenten elektrischen Energie in mechanische Vibrationsenergie und Ultraschallbearbeitung der Endfläche des Werkzeugs mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude durch das Horn.

Fünfer. Anwendung der Ultraschalltechnologie-Verarbeitung

A. Obwohl die Produktivität der Ultraschallbearbeitung geringer ist als die der EDM- und Elektrolysebearbeitung, sind ihnen die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität überlegen.

B. Noch wichtiger ist, dass es möglich ist, schwer zu verarbeitende Halbleiter- und nichtmetallische harte und spröde Materialien wie Glas, Keramik, Quarz, Silizium, Achat, Edelsteine, Diamanten und dergleichen zu verarbeiten.

C. Bei einigen gehärteten Stählen, Matrizen aus Hartlegierungen, Drahtziehmatrizen, Kunststoffformen usw. werden nach dem Erodieren oft Ultraschallpolier- und Endbearbeitungsschritte eingesetzt, um die Oberflächenrauheit weiter zu reduzieren.

1, Typ (Hohlraum) Lochbearbeitung

 Ultraschall wird derzeit hauptsächlich bei der Bearbeitung von Rundlöchern, Löchern, Hohlräumen, Nestern, Mikroporen usw. aus spröden und harten Materialien eingesetzt.

2, Schneidverarbeitung

Die Ultraschallbearbeitung von spröden harten Materialien wie Keramik, Quarz, Silizium, Edelsteinen usw., die mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden schwer zu schneiden sind, bietet die Vorteile eines dünnen Schnitts, eines schmalen Schlitzes, einer hohen Präzision, einer hohen Produktivität und einer guten Wirtschaftlichkeit.

3, Ultraschallreinigung

Prinzip: Basierend auf dem Ergebnis der Kavitationswirkung der Reinigungslösung unter Einwirkung von Ultraschallwellen. Die durch den Kavitationseffekt erzeugte starke Prallflüssigkeit wirkt direkt auf das zu reinigende Teil, wodurch der Schmutz zerstört wird und von der zu reinigenden Oberfläche abfällt.

Anwendung: Es wird hauptsächlich für kleine und mittlere Präzisionsteile mit komplexer Geometrie, hoher Reinigungsqualität und schlechter Reinigungswirkung durch andere Methoden verwendet, insbesondere tiefe kleine Löcher, Mikrolöcher, gebogene Löcher, Sacklöcher, Nuten, schmale Schlitze usw. am Werkstück. Feine Reinigung, hohe Produktivität und Reinigungsrate.

   Wird derzeit zur Reinigung von Halbleitern und integrierten Schaltkreiskomponenten, Instrumententeilen, elektrischen Vakuumgeräten, optischen Komponenten, medizinischen Geräten usw. verwendet.

4, Ultraschallschweißen

Prinzip: Mithilfe von Ultraschallvibrationen wird der Oxidfilm auf der Oberfläche des Werkstücks entfernt, sodass das Werkstück auf der Oberfläche des Körpers freigelegt wird, sodass die Oberflächen der beiden Werkstücke unter dem Einfluss von Hochgeschwindigkeitsvibrationen durch Reibung erhitzt und durch Affinität miteinander verbunden werden.

Anwendung: Es wird zum Schweißen von Nylon-, Kunststoff- und Aluminiumprodukten verwendet, auf deren Oberfläche sich leicht ein Oxidfilm bildet. Es kann auch zum Aufhängen von Zinn und Silber auf nichtmetallischen Oberflächen wie Keramik verwendet werden, um die Lötbarkeit dieser Materialien zu verbessern. Schweißen seltener Metalle, die im Allgemeinen schwer zu schweißen sind. Wie Titan, Molybdän usw.

5, Verbundverarbeitung

Die Ultraschallbearbeitung von Hartmetallwerkstoffen wie Hartlegierungen und hitzebeständigen Legierungen weist eine niedrige Bearbeitungsgeschwindigkeit und einen hohen Werkzeugverlust auf. Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern und Werkzeugverluste zu reduzieren, werden Ultraschalleinspritzung, elektrolytische Bearbeitung oder EDM zur Bearbeitung der Einspritzdüsen eingesetzt. Löcher oder Schlitze an der Spinndüse können die Produktivität und Qualität erheblich steigern.

6, zerstörungsfreie Prüfung

Richtgerichtete Ultraschallemission, -reflexion und -durchdringung der meisten Materialeigenschaften für zerstörungsfreie Prüfungen bei der Entfernungsmessung, Steuerung, Überwachung und Materialmessung.