Polski
|
| Częstotliwość: | |
|---|---|
| Amplituda wibracji (a): | |
| Przekroczenie szczeliny: | |
| Ilość: | |
M20-R
Rps-sonic
M20-R
Wstęp
Natomiast obróbka ultradźwiękowa jest procesem obróbki nietermicznej, niechemicznej i nieelektrycznej, który pozostawia niezmieniony skład chemiczny, mikrostrukturę materiału i właściwości fizyczne przedmiotu obrabianego. Czasami nazywany ultradźwiękowym szlifowaniem udarowym (UIG) lub cięciem wibracyjnym, proces UM może być stosowany do generowania szerokiego zakresu skomplikowanych cech w zaawansowanych materiałach.
UM to proces mechanicznego usuwania materiału, który można stosować do obróbki zarówno materiałów przewodzących, jak i niemetalicznych o twardości większej niż 40 HRC (twardość Rockwella mierzona w skali C). Proces UM można stosować do obróbki precyzyjnych mikroelementów, otworów okrągłych i nieparzystych, ślepych wgłębień oraz elementów OD/ID. Jednocześnie można wiercić wiele elementów, co często znacznie skraca całkowity czas obróbki.
Energia o wysokiej częstotliwości i niskiej amplitudzie przekazywana jest do zespołu narzędzia. Pomiędzy narzędziem a obrabianym przedmiotem przepływa stały strumień zawiesiny ściernej. Narzędzie wibracyjne w połączeniu z zawiesiną ścierną równomiernie ściera materiał, pozostawiając precyzyjny odwrócony obraz kształtu narzędzia. Narzędzie nie ma kontaktu z materiałem; tylko ziarna ścierne stykają się z przedmiotem obrabianym.
W procesie UM sygnał elektryczny o niskiej częstotliwości jest doprowadzany do przetwornika, który przekształca energię elektryczną w wibracje mechaniczne o wysokiej częstotliwości (~20 kHz) (patrz rysunek 2). Ta energia mechaniczna jest przekazywana do zespołu tuby i narzędzia, powodując jednokierunkowe wibracje narzędzia z częstotliwością ultradźwiękową i znaną amplitudą. Standardowa amplituda wibracji jest zwykle mniejsza niż 0,002 cala. Poziom mocy w tym procesie mieści się w zakresie od 50 do 3000 watów. Na narzędzie wywierany jest nacisk w postaci obciążenia statycznego.
Pomiędzy narzędziem a obrabianym przedmiotem przepływa stały strumień zawiesiny ściernej. Powszechnie stosowane materiały ścierne obejmują diament, węglik boru, węglik krzemu i tlenek glinu, a ziarna ścierne są zawieszone w wodzie lub odpowiednim roztworze chemicznym. Oprócz dostarczania ziarna ściernego do strefy cięcia, zawiesina służy do spłukiwania zanieczyszczeń. Narzędzie wibracyjne w połączeniu z zawiesiną ścierną równomiernie ściera materiał, pozostawiając precyzyjny odwrócony obraz kształtu narzędzia.
Obróbka ultradźwiękowa to proces obróbki luźnego ścierniwa, który wymaga bardzo małej siły przyłożonej do ziarna ściernego, co prowadzi do zmniejszonych wymagań materiałowych i minimalnego lub żadnego uszkodzenia powierzchni. Usuwanie materiału w procesie UM można podzielić na trzy mechanizmy: ścieranie mechaniczne poprzez bezpośrednie wbijanie cząstek ściernych w obrabiany przedmiot (główne), mikroodpryski w wyniku uderzenia swobodnie poruszających się ścierniw (drobne) oraz erozja wywołana kawitacją i działanie chemiczne (drobne). 2
Szybkość usuwania materiału oraz chropowatość powierzchni obrobionej zależą od właściwości materiału i parametrów procesu, w tym od rodzaju i wielkości zastosowanego ziarna ściernego oraz amplitudy drgań, a także porowatości, twardości i udarności materiału. Ogólnie rzecz biorąc, szybkość usuwania materiału będzie niższa w przypadku materiałów o dużej twardości materiału (H) i odporności na pękanie (KIC).
Parametry obróbki ultradźwiękowej:
Metoda obróbki wibracyjnej ultradźwiękowej jest wydajną techniką cięcia materiałów trudnoobrabialnych. Stwierdzono, że te ważne parametry wpływają na mechanizm USM.
Amplituda oscylacji narzędzia (a0)
Częstotliwość oscylacji narzędzia (f)
Materiał narzędzia
Rodzaj ścierniwa
Wielkość ziarna lub wielkość ziarna ścierniwa – d0
Siła posuwu - F
Powierzchnia styku narzędzia – A
Stężenie objętościowe ścierniwa w zawiesinie wodnej – C
Stosunek twardości przedmiotu obrabianego do twardości narzędzia; λ=σw/σt
| Przedmiot | Parametr |
| Ścierny | Węglik boru, tlenek glinu i węglik krzemu |
| Rozmiar ziarna (d0) | 100 – 800 |
| Częstotliwość wibracji (f) | 19 – 25 kHz |
| Amplituda wibracji (a) | 15 - 50 µm |
| Materiał narzędzia | Miękka stal ze stopu tytanu |
| Współczynnik zużycia | Wolfram 1,5:1 i szkło 100:1 |
| Nadcięcie szczeliny | 0,02-0,1 mm |
Chociaż technologie produkcyjne w przypadku materiałów takich jak metale i ich stopy są dobrze rozwinięte, nadal istnieją poważne problemy w wytwarzaniu twardych i kruchych materiałów, w tym ceramiki i szkła. Ich doskonałe właściwości fizyczne i mechaniczne prowadzą do długich cykli obróbki i wysokich kosztów produkcji. Obróbkę ultradźwiękową (USM) przy użyciu luźnych cząstek ściernych zawieszonych w ciekłej zawiesinie w celu usunięcia materiału uważa się za skuteczną metodę wytwarzania tych materiałów. Niniejsza praca zawiera najpierw krótki przegląd USM, a następnie dotyczy głównie opracowania modelu symulacyjnego tego procesu przy użyciu techniki numerycznej bez siatki, hydrodynamiki cząstek wygładzonych (SPH). Badano powstawanie pęknięć na powierzchni roboczej pod wpływem dwóch cząstek ściernych, aby zrozumieć usuwanie materiału i interakcję cząstek ściernych w USM. Prowadzone są także eksperymenty mające na celu weryfikację wyników symulacji. Model SPH okazał się przydatny do badania USM i jest w stanie przewidzieć wydajność obróbki.
Twarde i kruche materiały, takie jak szkło, ceramika i kryształ kwarcowy, cieszą się w ostatnich latach coraz większym zainteresowaniem ze względu na ich doskonałe właściwości, takie jak wysoka twardość, wysoka wytrzymałość, stabilność chemiczna i niska gęstość. Wysokowydajne produkty wykonane z tych materiałów odgrywają ważną rolę w różnych dziedzinach przemysłu, w tym w przemyśle półprzewodników, komponentów optycznych, przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym [1, 2]. Jednakże przy wytwarzaniu twardych i kruchych materiałów nadal występują poważne problemy, takie jak długi cykl obróbki i wysokie koszty produkcji. Szczególnymi trudnościami jest produkcja mikro-/nanostruktur o wysokiej wydajności obróbki, wysokich współczynnikach kształtu i dobrych powierzchniach pozbawionych naprężeń szczątkowych i mikropęknięć. Istnieje zatem kluczowa potrzeba opracowania precyzyjnych i wydajnych technik mikroobróbki tych materiałów.
Do obróbki twardych i kruchych materiałów zaproponowano nietradycyjne techniki obróbki, takie jak obróbka elektroerozyjna i obróbka wiązką lasera. Jednak nawet te procesy mają wyraźne ograniczenia, ponieważ obrobione powierzchnie są zawsze poddawane uszkodzeniom wywołanym ciepłem, takim jak warstwa przetopu i naprężenia termiczne. Obróbka ultradźwiękowa (USM) to kolejna alternatywna metoda wytwarzania zarówno przewodzących, jak i nieprzewodzących twardych i kruchych materiałów. Jest to proces całkowicie mechaniczny, w którym nie występują skutki cieplne ani chemiczne, dzięki czemu USM nie powoduje uszkodzeń termicznych obrabianych przedmiotów ani nie powoduje znacznych naprężeń szczątkowych i zmian chemicznych.
