پردازش اولتراسونیک: فناوری، مزایا و معایب

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

صنایع فلزکاری در این مرحله از توسعه قادر به حل وظایف پیچیده برش و حفاری قطعات کار با درجات مختلف سختی است. این به دلیل توسعه روش های اساسی جدید برای تأثیرگذاری بر مواد، از جمله گروه گسترده ای از روش های الکترومکانیکی، امکان پذیر شد. یکی از موثرترین فناوری ها از این نوع، پردازش اولتراسونیک (UZO) بر اساس اصول تشعشعات الکتروآکوستیک است.

اصول RCD بعدی

در طول پردازش ابعادی، برش‌ها و ساینده‌های مکانیکی معمولی به عنوان یک ابزار تأثیر مستقیم عمل می‌کنند. تفاوت اصلی در این روش در منبع انرژی است که ابزار را تغذیه می کند. در این ظرفیت، مولد جریان اولتراسونیک در فرکانس های 16-30 کیلوهرتز کار می کند. او تحریک می کندنوسانات همان دانه های ساینده در فرکانس اولتراسونیک، که کیفیت مشخصه پردازش را تضمین می کند. علاوه بر این، لازم است به انواع اقدامات مکانیکی توجه شود. این نه تنها عناصر معمول برش و سنگ زنی است، بلکه تغییر شکل ساختار با حفظ حجم آن است. علاوه بر این، اندازه گیری اولتراسونیک تضمین می کند که ذرات قطعه کار حتی در هنگام برش به حداقل می رسد. دانه‌هایی که بر روی مواد تأثیر می‌گذارند، ریزذراتی را که بر طراحی محصول تأثیر نمی‌گذارند، نقطه‌گذاری می‌کنند. در واقع، هیچ تخریبی در سازه با نمونه‌برداری صورت نمی‌گیرد، با این حال، انتشار بی‌رویه ترک‌ها ممکن است رخ دهد.

تفاوت با فناوری پلاسما

از نظر کیفیت پردازش، روش های اولتراسونیک و پلاسما دارای ویژگی های مشابه بسیاری هستند که امکان برش با دقت بالا را فراهم می کند. اما همچنین بین آنها تفاوت قابل توجهی در اصل کار وجود دارد. بنابراین، اگر UZO شامل ضربه شدید روی پودر ساینده از کنار ابزار پیرایش با پشتیبانی انرژی یک مولد موج الکتریکی باشد، در روش پردازش پلاسما از گاز یونیزه شده با یون ها و الکترون ها به عنوان محیط کار استفاده می شود. به این معنا که فناوری‌های پردازش اولتراسونیک و پلاسما به یک اندازه نیاز به پشتیبانی از یک مولد انرژی به اندازه کافی قدرتمند دارند. در حالت اول، این یک دستگاه الکتریکی اولتراسونیک و در مورد دوم، تاسیسات گازی یا همدما با دمای بالا است که قادر است رژیم دمای محیط کار را به 16000 درجه سانتیگراد برساند. یکی از اجزای مهم درمان پلاسما استفاده از الکترود و پلاسما استموادی که قدرت بالای قوس هدایت شونده کاتر را فراهم می کنند.

دستگاه های درمان اولتراسونیک

اکنون ارزش دارد که در مورد تجهیزات مورد استفاده در اجرای RCD با جزئیات بیشتری صحبت کنیم. در صنایع بزرگ، برای چنین اهدافی، از ماشین هایی استفاده می شود که دارای مجموعه ژنراتور برای تولید جریان متناوب فرکانس اولتراسونیک هستند. جریان تولید شده به سیم پیچ مبدل مغناطیسی هدایت می شود که به نوبه خود میدان الکترومغناطیسی را برای بدنه کار تاسیسات ایجاد می کند. پردازش اولتراسونیک با این واقعیت شروع می شود که پانچ دستگاه شروع به ارتعاش می کند و در یک میدان الکترومغناطیسی قرار دارد. فرکانس های این ارتعاش توسط ژنراتور بر اساس پارامترهای مجموعه ای که در یک مورد خاص مورد نیاز است تنظیم می شود.

پانچ از یک ماده مغناطیسی (آلیاژی از آهن، نیکل و کبالت) ساخته شده است که می تواند تحت تأثیر یک مبدل مغناطیسی در ابعاد خطی تغییر کند. و در مرحله حساس نهایی، پانچ از طریق نوسانات هدایت شده در امتداد خازن موج بر روی پودر ساینده عمل می کند. علاوه بر این، مقیاس و قدرت پردازش می تواند متفاوت باشد. بر روی تجهیزات در نظر گرفته شده، فلزکاری صنعتی با تشکیل سازه های عظیم انجام می شود، اما دستگاه های فشرده با اصل عملکرد مشابه نیز وجود دارد که بر روی آنها حکاکی با دقت بالا انجام می شود.

تکنیک RCD بعدی

پس از نصب تجهیزات و آماده سازیاز مواد مورد نظر، دوغاب ساینده به منطقه عملیات - یعنی به فضای بین سطح محصول و انتهای نوسانی - عرضه می شود. به هر حال، کاربیدهای سیلیکون یا بور معمولاً به عنوان خود ساینده استفاده می شوند. در خطوط اتوماتیک از آب برای تحویل پودر و خنک کننده استفاده می شود. پردازش مستقیم مافوق صوت فلزات شامل دو عملیات است:

• نفوذ ذرات ساینده به سطح مورد نظر قطعه کار که در نتیجه آن شبکه ای از ریزترک ها تشکیل شده و ریزذرات محصول سوراخ می شود.
• گردش مواد ساینده در منطقه پردازش - دانه های استفاده شده با جریان های ذرات جدید جایگزین می شوند.

یک شرط مهم برای اثربخشی کل فرآیند، حفظ سرعت بالا در هر دو روش تا پایان چرخه است. در غیر این صورت، پارامترهای پردازش تغییر می‌کنند و دقت جهت ساینده کاهش می‌یابد.

ویژگی های فرآیند

پارامترهای پردازش بهینه برای یک کار خاص از پیش تنظیم شده اند. هم پیکربندی عمل مکانیکی و هم خواص مواد قطعه کار در نظر گرفته می شود. میانگین ویژگی های درمان اولتراسونیک را می توان به شرح زیر نشان داد:

• محدوده فرکانس ژنراتور جریان از 16 تا 30 کیلوهرتز است.
• دامنه نوسان پانچ یا ابزار کار آن - طیف پایین در ابتدای کار از 2 تا 10 میکرون است و سطح بالایی می تواند به 60 میکرون برسد.
• اشباع دوغاب ساینده - از 20 تا 100 هزار.دانه در هر مکعب 1 سانتی متر.
• قطر عناصر ساینده - از 50 تا 200 میکرون.

تغییر این پارامترها نه تنها امکان پردازش خطی با دقت بالا را فراهم می کند، بلکه امکان تشکیل دقیق شیارها و برش های پیچیده را نیز فراهم می کند. از بسیاری جهات، کار با هندسه های پیچیده به دلیل کامل بودن ویژگی های پانچ ها ممکن شده است، که می تواند ترکیب ساینده را در مدل های مختلف با روبنای نازک تحت تاثیر قرار دهد.

لوله زدایی با RCD

این عملیات مبتنی بر افزایش فعالیت کاویتاسیون و فرسایشی میدان صوتی است، زمانی که ذرات بسیار کوچک از 1 میکرون وارد جریان ساینده می شوند. این اندازه با شعاع تأثیر موج صوتی ضربه ای قابل مقایسه است که باعث می شود مناطق ضعیف فرز را از بین ببرد. فرآیند کار در یک محیط مایع ویژه با مخلوط گلیسیرین سازماندهی شده است. از تجهیزات ویژه ای نیز به عنوان ظرف استفاده می شود - فیتومیکسر که در یک لیوان آن ساینده های وزن شده و یک قسمت کار وجود دارد. به محض اعمال یک موج صوتی به محیط کار، حرکت تصادفی ذرات ساینده آغاز می شود که روی سطح قطعه کار عمل می کنند. دانه های ریز کاربید سیلیکون و الکتروکوروندوم در مخلوطی از آب و گلیسیرین، تا سایز 0.1 میلی متر را به طور موثری بریده می کنند. به این معنا که درمان اولتراسونیک باعث حذف دقیق و با دقت بالا ریز نقص هایی می شود که حتی پس از سنگ زنی مکانیکی سنتی باقی می مانند. اگر در مورد فرزهای بزرگ صحبت می کنیم، منطقی است که با افزودن عناصر شیمیایی به ظرف، شدت فرآیند را افزایش دهیم.مانند شیشه آبی.

تمیز کردن قطعات با RCD

روی سطوح روکش فلزی در حال کار، ممکن است انواع مختلفی از پوشش ها و ناخالصی ها وجود داشته باشد که به دلایلی مجاز به پاک کردن آنها با تمیز کردن ساینده سنتی نیست. در این مورد، از فناوری پردازش اولتراسونیک کاویتاسیون در یک محیط مایع نیز استفاده می شود، اما با تعدادی تفاوت با روش قبلی:

• محدوده فرکانس از 18 تا 35 کیلوهرتز متفاوت خواهد بود.
• حلال های آلی مانند فریون و الکل اتیلیک به عنوان یک محیط مایع استفاده می شود.
• برای حفظ یک فرآیند کاویتاسیون پایدار و تثبیت مطمئن قطعه کار، باید حالت رزونانسی کار فیتومیکسر را تنظیم کرد، ستون مایع که در آن با نصف طول موج اولتراسونیک مطابقت دارد.

حفاری الماس با پشتیبانی اولتراسوند

این روش شامل استفاده از ابزار الماس دوار است که توسط ارتعاشات اولتراسونیک هدایت می شود. هزینه های انرژی برای فرآیند تصفیه از حجم منابع مورد نیاز با روش های سنتی عمل مکانیکی فراتر می رود و به 2000 J/mm3 می رسد. این قدرت به شما اجازه می دهد تا با قطر 25 میلی متر با سرعت 0.5 میلی متر در دقیقه سوراخ کنید. همچنین پردازش اولتراسونیک مواد با حفاری مستلزم استفاده از مایع خنک کننده در حجم زیاد تا 5 لیتر در دقیقه است. جریان سیال همچنین پودر ریز را از سطوح ابزار و قطعه کار پاک می کند.در طی تخریب مواد ساینده تشکیل شده است.

کنترل عملکرد RCD

فرایند فناوری تحت کنترل اپراتور است که پارامترهای ارتعاشات عملگر را نظارت می کند. به ویژه، این امر در مورد دامنه نوسانات، سرعت صوت و همچنین شدت جریان جریان صدق می کند. با کمک این داده ها، کنترل محیط کار و تاثیر مواد ساینده بر روی قطعه کار تضمین می شود. این ویژگی به ویژه در پردازش اولتراسونیک ابزار مهم است، زمانی که می توان از چندین حالت عملکرد تجهیزات در یک فرآیند تکنولوژیکی استفاده کرد. پیشرفته ترین روش های کنترل شامل مشارکت ابزارهای خودکار برای تغییر پارامترهای پردازش بر اساس قرائت سنسورهایی است که پارامترهای محصول را ثبت می کنند.

مزایای فناوری اولتراسونیک

استفاده از فناوری RCD مزایای متعددی را ارائه می دهد که بسته به روش خاص اجرای آن به درجات مختلفی ظاهر می شود:

• بازده فرآیند ماشینکاری چندین برابر افزایش می یابد.
• سایش ابزار اولتراسونیک در مقایسه با روش‌های ماشینکاری معمولی 8 تا 10 برابر کاهش می‌یابد.
• هنگام حفاری، پارامترهای پردازش در عمق و قطر افزایش می یابد.
• دقت عمل مکانیکی را افزایش می دهد.

عیوب فناوری

کاربرد گسترده این روش هنوز به دلیل تعدادی از کاستی ها مانع می شود. آنها عمدتاً به پیچیدگی فناوری سازمان مربوط می شوند.روند. علاوه بر این، پردازش اولتراسونیک قطعات نیاز به عملیات اضافی، از جمله تحویل مواد ساینده به محل کار و اتصال تجهیزات خنک کننده آب دارد. این عوامل همچنین می توانند هزینه کار را افزایش دهند. هنگام سرویس فرآیندهای صنعتی، هزینه های انرژی نیز افزایش می یابد. منابع اضافی نه تنها برای اطمینان از عملکرد واحدهای اصلی، بلکه برای عملکرد سیستم های حفاظتی و کلکتورهای جریانی که سیگنال های الکتریکی را منتقل می کنند نیز مورد نیاز است.

نتیجه گیری

معرفی فناوری ساینده اولتراسونیک به فرآیندهای فلزکاری به دلیل محدودیت در استفاده از روش های سنتی برش، سوراخ کاری، تراشکاری و غیره بود.. استفاده از این فناوری امکان انجام عملیات ماشینکاری بر روی فولاد سخت شده، آلیاژهای تیتانیوم کاربید، محصولات حاوی تنگستن و غیره را فراهم می کند و در عین حال دقت بالای عمل مکانیکی با حداقل آسیب به سازه واقع در کار تضمین می شود. حوزه. اما، همانطور که در مورد سایر فناوری‌های نوآورانه مانند برش پلاسما، پردازش لیزر و واترجت وجود دارد، هنوز مشکلات اقتصادی و سازمانی هنگام استفاده از چنین روش‌های پردازش فلز وجود دارد.