Ultralydbehandling: teknologi, fordele og ulemper

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Metalbearbejdningsindustrien på dette udviklingstrin er i stand til at løse de komplekse opgaver med at skære og bore emner af varierende hårdhedsgrader. Dette blev muligt på grund af udviklingen af fundament alt nye måder at påvirke materialet på, herunder en bred gruppe af elektromekaniske metoder. En af de mest effektive teknologier af denne type er ultralydsbehandling (UZO), baseret på principperne for elektroakustisk stråling.

Principper for dimensionel RCD

Under dimensionsbehandling fungerer de sædvanlige mekaniske skære- og slibemidler som et direkte indflydelsesværktøj. Den vigtigste forskel i denne metode ligger i den energikilde, der driver værktøjet. I denne kapacitet fungerer ultralydsstrømgeneratoren ved frekvenser på 16-30 kHz. Han provokerersvingninger af de samme slibekorn ved ultralydsfrekvens, hvilket sikrer den karakteristiske kvalitet af behandlingen. Desuden er det nødvendigt at bemærke de mange forskellige typer af mekanisk handling. Dette er ikke kun de sædvanlige skære- og slibeelementer, men også deformationen af strukturen, mens dens volumen bevares. Desuden sikrer ultralydsdimensionering, at arbejdsemnets partikler holdes på et minimum selv under skæring. Korn, der påvirker materialet, har prikket mikropartikler ud, som ikke påvirker produktets design. Faktisk er der ingen ødelæggelse af strukturen ved prøveudtagning, men ukontrolleret spredning af revner kan forekomme.

Forskelle fra plasmateknologi

Med hensyn til behandlingskvalitet har ultralyds- og plasmametoder mange lignende funktioner, hvilket giver mulighed for højpræcisionsskæring. Men også mellem dem er der en væsentlig forskel i arbejdsprincippet. Så hvis UZO involverer en intens påvirkning af det slibende pulver fra siden af trimmeværktøjet med energistøtten fra en elektrisk bølgegenerator, bruger plasmabehandlingsmetoden ioniseret gas ladet med ioner og elektroner som arbejdsmedium. Det vil sige, teknologierne til ultralyds- og plasmabehandling kræver lige så støtte fra en tilstrækkelig kraftig energigenerator. I det første tilfælde er dette et elektrisk ultralydsapparat, og i det andet tilfælde højtemperaturgas- eller isotermiske installationer, der er i stand til at bringe arbejdsmediets temperaturregime til 16.000 °C. En vigtig komponent i plasmabehandling er brugen af elektroder og plasmastoffer, der giver høj effekt af skærerens styrede bue.

Ultralydbehandlingsmaskiner

Nu er det værd at dvæle mere detaljeret ved det udstyr, der bruges til implementeringen af RCD. I store industrier anvendes til sådanne formål maskiner, forsynet med et generatorsæt til at generere vekselstrøm med ultralydsfrekvens. Den genererede strøm ledes til magnetomformerens vikling, som igen skaber et elektromagnetisk felt for installationens arbejdslegeme. Ultralydsbehandling begynder med det faktum, at maskinens punch begynder at vibrere, idet den er i et elektromagnetisk felt. Frekvenserne for denne vibration indstilles af generatoren baseret på de indstillede parametre, der kræves i et bestemt tilfælde.

Stansen er lavet af et magnetostriktivt materiale (en legering af jern, nikkel og kobolt), der kan ændre sig i lineære dimensioner under påvirkning af en magnetisk transducer. Og på det sidste kritiske trin virker stansen på det slibende pulver gennem svingninger, der føres langs bølgeleder-kondensatoren. Desuden kan omfanget og kraften i behandlingen være anderledes. På det betragtede udstyr udføres industriel metalbearbejdning med dannelse af massive strukturer, men der er også kompakte enheder med et lignende driftsprincip, hvorpå der udføres højpræcisionsgravering.

Dimensional RCD-teknik

Efter installation af udstyr og forberedelseaf målmaterialet tilføres den slibende opslæmning til operationsområdet - det vil sige til rummet mellem produktets overflade og den oscillerende ende. Forresten bruges silicium- eller borcarbider norm alt som selve slibemidlet. I automatiserede linjer bruges vand til pulverlevering og afkøling. Direkte ultralydsbehandling af metaller består af to operationer:

• Slag indtrængning af slibende partikler i den tilsigtede overflade af emnet, som et resultat af hvilket et netværk af mikrorevner dannes, og mikropartikler af produktet punkteres.
• Cirkulation af slibende materiale i forarbejdningszonen - brugte korn erstattes af strømme af nye partikler.

En vigtig betingelse for effektiviteten af hele processen er at opretholde et højt tempo i begge procedurer indtil slutningen af cyklussen. Ellers ændres behandlingsparametrene, og sliberetningens nøjagtighed falder.

Procesegenskaber

Behandlingsparametre, der er optimale for en specifik opgave, er forudindstillet. Både konfigurationen af den mekaniske handling og egenskaberne af emnematerialet tages i betragtning. De gennemsnitlige karakteristika for ultralydsbehandling kan repræsenteres som følger:

• Frekvensområdet for strømgeneratoren er fra 16 til 30 kHz.
• Svingningsamplituden af stansen eller dens arbejdsværktøj - det nederste spektrum ved begyndelsen af operationen er fra 2 til 10 mikron, og det øverste niveau kan nå 60 mikron.
• Mætning af slibende gylle - fra 20 til 100 tusind.korn pr. 1 cm terning.
• Diameter af slibende elementer - fra 50 til 200 mikron.

Varing af disse parametre tillader ikke kun individuel højpræcision lineær behandling, men også den nøjagtige dannelse af komplekse riller og udskæringer. På mange måder er det blevet muligt at arbejde med komplekse geometrier på grund af perfektionen af stansernes karakteristika, hvilket kan påvirke slibesammensætningen i forskellige modeller med en tynd overbygning.

Afgratning med RCD

Denne operation er baseret på en stigning i det akustiske felts kavitation og erosive aktivitet, når ultrasmå partikler fra 1 mikron indføres i slibestrømmen. Denne størrelse er sammenlignelig med choklydbølgens indflydelsesradius, hvilket gør det muligt at ødelægge svage områder af grater. Arbejdsprocessen er organiseret i et specielt flydende medium med en glycerinblanding. Et særligt udstyr bruges også som en beholder - en phytomixer, i et glas, hvoraf der er vejede slibemidler og en arbejdsdel. Så snart en akustisk bølge påføres arbejdsmediet, begynder den tilfældige bevægelse af slibende partikler, som virker på overfladen af emnet. Fine korn af siliciumcarbid og elektrokorund i en blanding af vand og glycerin giver effektiv afgratning op til 0,1 mm i størrelse. Det vil sige, ultralydsbehandling giver nøjagtig og højpræcision fjernelse af mikrofejl, der kunne forblive selv efter traditionel mekanisk slibning. Hvis vi taler om store grater, er det fornuftigt at øge intensiteten af processen ved at tilføje kemiske elementer til beholderensom blå vitriol.

Rengøring af dele med RCD

På overfladerne af bearbejdede metalemner kan der være forskellige former for belægninger og urenheder, som af den ene eller anden grund ikke er tilladt at fjerne ved traditionel slibende rengøring. I dette tilfælde bruges teknologien til kavitations-ultralydsbehandling i et flydende medium, men med en række forskelle fra den tidligere metode:

• Frekvensområdet vil variere fra 18 til 35 kHz.
• Organiske opløsningsmidler som freon og ethylalkohol bruges som flydende medium.
• For at opretholde en stabil kavitationsproces og pålidelig fiksering af emnet er det nødvendigt at indstille phytomixerens resonansfunktion, hvis væskesøjle svarer til halvdelen af ultralydsbølgens længde.

Diamantboring understøttet af ultralyd

Metoden involverer brugen af et roterende diamantværktøj, som drives af ultralydsvibrationer. Energiomkostningerne til behandlingsprocessen overstiger mængden af nødvendige ressourcer med traditionelle metoder til mekanisk handling og når 2000 J/mm3. Denne kraft giver dig mulighed for at bore med en diameter på op til 25 mm med en hastighed på 0,5 mm/min. Også ultralydsbehandling af materialer ved boring kræver brug af kølemiddel i store volumener op til 5 l/min. Væskestrømme vasker også fint pulver ud fra overfladerne af værktøjet og arbejdsemnet,dannet under ødelæggelsen af slibemidlet.

Kontrol af RCD-ydelse

Den teknologiske proces er under kontrol af operatøren, som overvåger parametrene for de virkende vibrationer. Dette gælder især amplituden af oscillationer, lydens hastighed samt intensiteten af strømforsyningen. Ved hjælp af disse data sikres kontrollen af arbejdsmiljøet og slibematerialets påvirkning af emnet. Denne funktion er især vigtig i ultralydsbehandling af instrumenter, når flere driftsformer for udstyr kan bruges i en teknologisk proces. De mest progressive kontrolmetoder involverer deltagelse af automatiske midler til at ændre behandlingsparametre baseret på aflæsninger af sensorer, der registrerer produktets parametre.

Fordele ved ultralydsteknologi

Brugen af RCD-teknologi giver en række fordele, som viser sig i varierende grad afhængigt af den specifikke metode til implementering:

• Produktiviteten af bearbejdningsprocessen øges flere gange.
• Ultrasonisk værktøjsslid er reduceret med 8-10 gange sammenlignet med konventionelle bearbejdningsmetoder.
• Når der bores, øges behandlingsparametrene i dybde og diameter.
• Øger nøjagtigheden af mekanisk handling.

Fejl ved teknologi

Bred anvendelse af denne metode er stadig hindret af en række mangler. De er hovedsageligt relateret til organisationens teknologiske kompleksitet.behandle. Derudover kræver ultralydsbehandling af dele yderligere operationer, herunder levering af slibende materiale til arbejdsområdet og tilslutning af udstyr til vandkøling. Disse faktorer kan også øge omkostningerne ved arbejdet. Ved servicering af industrielle processer stiger energiomkostningerne også. Der kræves yderligere ressourcer, ikke kun for at sikre hovedenhedernes funktion, men også til driften af beskyttelsessystemer og strømaftagere, der transmitterer elektriske signaler.

Konklusion

Introduktionen af ultralydsslibeteknologi i metalbearbejdningsprocesser skyldtes begrænsninger i brugen af traditionelle metoder til skæring, boring, drejning osv. I modsætning til en konventionel drejebænk er ultralydsmetalbearbejdning i stand til effektivt at klare materialer med øget hårdhed. Brugen af denne teknologi gjorde det muligt at udføre bearbejdningsoperationer på hærdet stål, titaniumcarbidlegeringer, wolframholdige produkter osv. Samtidig er høj nøjagtighed af mekanisk handling garanteret med minimal skade på strukturen placeret i arbejdet areal. Men som det er tilfældet med andre innovative teknologier såsom plasmaskæring, laser- og vandstrålebehandling, er der stadig økonomiske og organisatoriske problemer ved brug af sådanne metalbearbejdningsmetoder.