Ultralydbehandling: teknologi, fordeler og ulemper

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Metallbearbeidingsindustrien på dette stadiet av utviklingen er i stand til å løse de komplekse oppgavene med å kutte og bore arbeidsstykker med ulik hardhetsgrad. Dette ble mulig på grunn av utviklingen av fundament alt nye måter å påvirke materialet på, inkludert en bred gruppe elektromekaniske metoder. En av de mest effektive teknologiene av denne typen er ultralydbehandling (UZO), basert på prinsippene for elektroakustisk stråling.

Prinsipp for dimensjonal RCD

Under dimensjonsbehandling fungerer de vanlige mekaniske kutterne og slipemidlene som et direkte påvirkningsverktøy. Hovedforskjellen i denne metoden ligger i energikilden som driver verktøyet. I denne kapasiteten opererer ultralydstrømgeneratoren ved frekvenser på 16–30 kHz. Han provosereroscillasjoner av de samme slipekornene ved ultralydfrekvens, noe som sikrer den karakteristiske kvaliteten på behandlingen. Dessuten er det nødvendig å merke seg mangfoldet av typer mekanisk handling. Dette er ikke bare de vanlige skjære- og slipeelementene, men også deformasjonen av strukturen mens volumet opprettholdes. Dessuten sikrer ultrasonisk dimensjonering at partiklene i arbeidsstykket holdes på et minimum selv under skjæring. Korn som påvirker materialet prikket ut mikropartikler som ikke påvirker utformingen av produktet. Faktisk er det ingen ødeleggelse av strukturen ved prøvetaking, men ukontrollert spredning av sprekker kan forekomme.

Forskjeller fra plasmateknologi

Når det gjelder prosesseringskvalitet, har ultralyd- og plasmametoder mange lignende funksjoner, og gir mulighet for høypresisjonsskjæring. Men også mellom dem er det en betydelig forskjell i arbeidsprinsippet. Så hvis UZO involverer en intens innvirkning på slipepulveret fra siden av trimmeverktøyet med energistøtten til en elektrisk bølgegenerator, bruker plasmabehandlingsmetoden ionisert gass ladet med ioner og elektroner som et arbeidsmedium. Det vil si at teknologiene for ultralyd- og plasmabehandling krever like mye støtte fra en tilstrekkelig kraftig energigenerator. I det første tilfellet er dette et elektrisk ultralydapparat, og i det andre tilfellet høytemperaturgass eller isotermiske installasjoner som er i stand til å bringe temperaturregimet til arbeidsmediet til 16 000 °C. En viktig komponent i plasmabehandling er bruk av elektroder og plasmastoffer som gir høy kraft til kutterens ledede bue.

Ultrasonic Treatment Machines

Nå er det verdt å dvele mer detaljert ved utstyret som brukes i implementeringen av RCD. I store industrier, for slike formål, brukes maskiner utstyrt med et generatorsett for å generere vekselstrøm med ultralydfrekvens. Den genererte strømmen blir rettet mot viklingen av magnetomformeren, som igjen skaper et elektromagnetisk felt for arbeidskroppen til installasjonen. Ultralydbehandling begynner med det faktum at stansen til maskinen begynner å vibrere, og er i et elektromagnetisk felt. Frekvensene for denne vibrasjonen stilles inn av generatoren basert på de innstilte parameterne som kreves i et bestemt tilfelle.

Punsen er laget av et magnetostriktivt materiale (en legering av jern, nikkel og kobolt) som kan endres i lineære dimensjoner under påvirkning av en magnetisk transduser. Og på det siste kritiske stadiet virker stansen på det slipende pulveret gjennom svingninger som ledes langs bølgeleder-kondensatoren. Dessuten kan omfanget og kraften til behandling være forskjellig. På utstyret som vurderes utføres industriell metallbearbeiding med dannelse av massive strukturer, men det er også kompakte enheter med et lignende operasjonsprinsipp, som det utføres høypresisjonsgravering på.

Dimensjonal RCD-teknikk

Etter å ha installert utstyr og klargjortav målmaterialet tilføres den slipende slurryen til operasjonsområdet - det vil si til rommet mellom overflaten av produktet og den oscillerende enden. Forresten brukes vanligvis silisium- eller borkarbider som selve slipemidlet. I automatiserte linjer brukes vann til pulverlevering og kjøling. Direkte ultralydbehandling av metaller består av to operasjoner:

• Slag penetrering av slipende partikler inn i den tiltenkte overflaten av arbeidsstykket, som et resultat av at det dannes et nettverk av mikrosprekker og mikropartikler av produktet punkteres.
• Sirkulasjon av abrasivt materiale i prosesseringssonen - brukte korn erstattes av strømmer av nye partikler.

En viktig forutsetning for effektiviteten av hele prosessen er å opprettholde et høyt tempo i begge prosedyrene til slutten av syklusen. Ellers endres behandlingsparametrene og nøyaktigheten av sliperetningen reduseres.

Prosessegenskaper

Behandlingsparametere som er optimale for en spesifikk oppgave er forhåndsinnstilt. Både konfigurasjonen av den mekaniske handlingen og egenskapene til arbeidsstykkematerialet tas i betraktning. De gjennomsnittlige egenskapene til ultralydbehandling kan representeres som følger:

• Frekvensområdet til strømgeneratoren er fra 16 til 30 kHz.
• Svingningsamplituden til stansen eller dens arbeidsverktøy - det nedre spekteret ved begynnelsen av operasjonen er fra 2 til 10 mikron, og det øvre nivået kan nå 60 mikron.
• Metning av slipemiddel - fra 20 til 100 tusen.korn per 1 cm terning.
• Diameter av slipende elementer - fra 50 til 200 mikron.

Varing av disse parameterne tillater ikke bare individuell høypresisjon lineær prosessering, men også nøyaktig dannelse av komplekse spor og utskjæringer. Arbeid med komplekse geometrier har på mange måter blitt mulig på grunn av perfeksjonen av karakteristikkene til stansene, noe som kan påvirke slipemiddelsammensetningen i forskjellige modeller med en tynn overbygning.

Avgrating med RCD

Denne operasjonen er basert på en økning i kavitasjon og erosiv aktivitet i det akustiske feltet når ultrasmå partikler fra 1 mikron introduseres i den abrasive strømmen. Denne størrelsen er sammenlignbar med innflytelsesradiusen til sjokklydbølgen, noe som gjør det mulig å ødelegge svake områder med grader. Arbeidsprosessen er organisert i et spesielt flytende medium med en glyserinblanding. Et spesielt utstyr brukes også som en beholder - en phytomixer, i et glass som det er veid slipemidler og en arbeidsdel. Så snart en akustisk bølge påføres arbeidsmediet, begynner den tilfeldige bevegelsen av slipende partikler, som virker på overflaten av arbeidsstykket. Fine korn av silisiumkarbid og elektrokorund i en blanding av vann og glyserin gir effektiv avgrading opp til 0,1 mm i størrelse. Det vil si at ultralydbehandling gir nøyaktig og høypresisjonsfjerning av mikrodefekter som kan forbli selv etter tradisjonell mekanisk sliping. Hvis vi snakker om store grader, er det fornuftig å øke intensiteten av prosessen ved å tilsette kjemiske elementer til beholderensom blåvitriol.

Rengjøring av deler med RCD

På overflatene av metallemner kan det være ulike typer belegg og urenheter som av en eller annen grunn ikke er tillatt å fjerne ved tradisjonell slipende rengjøring. I dette tilfellet brukes også teknologien for kavitasjonsultralydbehandling i et flytende medium, men med en rekke forskjeller fra forrige metode:

• Frekvensområdet vil variere fra 18 til 35 kHz.
• Organiske løsemidler som freon og etylalkohol brukes som et flytende medium.
• For å opprettholde en stabil kavitasjonsprosess og pålitelig fiksering av arbeidsstykket, er det nødvendig å stille inn resonansdriftsmodusen til fytomikseren, væskekolonnen der vil tilsvare halve lengden av ultralydbølgen.

Diamantboring støttet av ultralyd

Metoden innebærer bruk av et roterende diamantverktøy, som drives av ultralydsvibrasjoner. Energikostnadene for behandlingsprosessen overstiger volumet av nødvendige ressurser med tradisjonelle metoder for mekanisk handling, og når 2000 J/mm3. Denne kraften lar deg bore med en diameter på opptil 25 mm med en hastighet på 0,5 mm/min. Ultralydbehandling av materialer ved boring krever også bruk av kjølevæske i store volumer opptil 5 l/min. Væskestrømmer vasker også ut fint pulver fra overflatene på verktøyet og arbeidsstykket,dannet under ødeleggelsen av slipemidlet.

Kontroll av RCD-ytelse

Den teknologiske prosessen er under kontroll av operatøren, som overvåker parametrene til de virkende vibrasjonene. Spesielt gjelder dette amplituden til oscillasjonene, lydhastigheten, samt intensiteten til strømforsyningen. Ved hjelp av disse dataene sikres kontrollen av arbeidsmiljøet og innvirkningen av det slipende materialet på arbeidsstykket. Denne funksjonen er spesielt viktig i ultralydbehandling av instrumenter, når flere driftsmoduser for utstyr kan brukes i en teknologisk prosess. De mest progressive kontrollmetodene involverer deltakelse av automatiske midler for å endre prosesseringsparametre basert på avlesningene til sensorer som registrerer parametrene til produktet.

Fordeler med ultralydteknologi

Bruken av RCD-teknologi gir en rekke fordeler, som viser seg i ulik grad avhengig av den spesifikke metoden for implementeringen:

• Produktiviteten til maskineringsprosessen øker flere ganger.
• Ultrasonisk verktøyslitasje er redusert med 8-10 ganger sammenlignet med konvensjonelle maskineringsmetoder.
• Ved boring øker prosesseringsparametrene i dybde og diameter.
• Øker nøyaktigheten av mekanisk handling.

Flaws of technology

Bred anvendelse av denne metoden er fortsatt hindret av en rekke mangler. De er hovedsakelig relatert til den teknologiske kompleksiteten til organisasjonen.prosess. I tillegg krever ultralydbehandling av deler ytterligere operasjoner, inkludert levering av slipende materiale til arbeidsområdet og tilkobling av utstyr for vannkjøling. Disse faktorene kan også øke kostnadene for arbeidet. Ved service på industrielle prosesser øker også energikostnadene. Ytterligere ressurser kreves ikke bare for å sikre funksjonen til hovedenhetene, men også for driften av beskyttelsessystemer og strømkollektorer som overfører elektriske signaler.

Konklusjon

Introduksjonen av ultralydslipeteknologi i metallbearbeidingsprosesser skyldtes begrensninger i bruken av tradisjonelle metoder for skjæring, boring, dreiing osv. I motsetning til en konvensjonell dreiebenk, er ultrasonisk metallbearbeiding i stand til å effektivt takle materialer med økt hardhet. Bruken av denne teknologien gjorde det mulig å utføre maskineringsoperasjoner på herdet stål, titan-karbidlegeringer, wolframholdige produkter, etc. Samtidig er høy nøyaktighet av mekanisk handling garantert med minimal skade på strukturen som ligger i arbeidet område. Men, som tilfellet er med andre innovative teknologier som plasmaskjæring, laser- og vannstrålebehandling, er det fortsatt økonomiske og organisatoriske problemer ved bruk av slike metallbehandlingsmetoder.