Επεξεργασία με υπερήχους: τεχνολογία, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η μεταλλουργική βιομηχανία σε αυτό το στάδιο ανάπτυξης είναι ικανή να λύσει τις πολύπλοκες εργασίες κοπής και διάτρησης τεμαχίων εργασίας διαφορετικού βαθμού σκληρότητας. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω της ανάπτυξης θεμελιωδώς νέων τρόπων επιρροής του υλικού, συμπεριλαμβανομένης μιας ευρείας ομάδας ηλεκτρομηχανικών μεθόδων. Μία από τις πιο αποτελεσματικές τεχνολογίες αυτού του τύπου είναι η επεξεργασία με υπερήχους (UZO), που βασίζεται στις αρχές της ηλεκτροακουστικής ακτινοβολίας.

Αρχές διαστάσεων RCD

Κατά την επεξεργασία διαστάσεων, τα συνηθισμένα μηχανικά κοπτικά και λειαντικά λειτουργούν ως άμεσο εργαλείο επιρροής. Η βασική διαφορά σε αυτή τη μέθοδο έγκειται στην πηγή ενέργειας που τροφοδοτεί το εργαλείο. Σε αυτή την ικανότητα, η γεννήτρια ρεύματος υπερήχων λειτουργεί σε συχνότητες 16–30 kHz. Προκαλείταλαντώσεις των ίδιων λειαντικών κόκκων σε συχνότητα υπερήχων, γεγονός που εξασφαλίζει τη χαρακτηριστική ποιότητα επεξεργασίας. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να σημειωθεί η ποικιλία των τύπων μηχανικής δράσης. Αυτό δεν είναι μόνο τα συνήθη στοιχεία κοπής και λείανσης, αλλά και η παραμόρφωση της δομής διατηρώντας τον όγκο της. Επιπλέον, το μέγεθος υπερήχων διασφαλίζει ότι τα σωματίδια του τεμαχίου εργασίας διατηρούνται στο ελάχιστο ακόμη και κατά την κοπή. Οι κόκκοι που επηρεάζουν το υλικό έχουν διακεκομμένα μικροσωματίδια που δεν επηρεάζουν τη σχεδίαση του προϊόντος. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει καταστροφή της κατασκευής με δειγματοληψία, ωστόσο, μπορεί να συμβεί ανεξέλεγκτη διάδοση ρωγμών.

Διαφορές από την τεχνολογία πλάσματος

Όσον αφορά την ποιότητα επεξεργασίας, οι μέθοδοι υπερήχων και πλάσματος έχουν πολλά παρόμοια χαρακτηριστικά, παρέχοντας τη δυνατότητα κοπής υψηλής ακρίβειας. Αλλά και μεταξύ τους υπάρχει σημαντική διαφορά στην αρχή της εργασίας. Έτσι, εάν το UZO συνεπάγεται έντονη πρόσκρουση στη λειαντική σκόνη από την πλευρά του εργαλείου κοπής με την ενεργειακή υποστήριξη μιας γεννήτριας ηλεκτρικών κυμάτων, τότε η μέθοδος επεξεργασίας πλάσματος χρησιμοποιεί ιονισμένο αέριο φορτισμένο με ιόντα και ηλεκτρόνια ως μέσο εργασίας. Δηλαδή, οι τεχνολογίες επεξεργασίας υπερήχων και πλάσματος απαιτούν εξίσου την υποστήριξη μιας αρκετά ισχυρής γεννήτριας ενέργειας. Στην πρώτη περίπτωση, πρόκειται για ηλεκτρική συσκευή υπερήχων και στη δεύτερη περίπτωση για εγκαταστάσεις αερίου ή ισοθερμικής υψηλής θερμοκρασίας ικανές να φέρουν το καθεστώς θερμοκρασίας του μέσου εργασίας στους 16.000 °C. Ένα σημαντικό συστατικό της θεραπείας με πλάσμα είναι η χρήση ηλεκτροδίων και πλάσματοςουσίες που παρέχουν υψηλή ισχύ του κατευθυνόμενου τόξου του κόφτη.

Μηχανήματα θεραπείας με υπερήχους

Τώρα αξίζει να αναφερθούμε λεπτομερέστερα στον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για την υλοποίηση του RCD. Σε μεγάλες βιομηχανίες, για τέτοιους σκοπούς, χρησιμοποιούνται μηχανές, εφοδιασμένες με σετ γεννήτριας για την παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος συχνότητας υπερήχων. Το παραγόμενο ρεύμα κατευθύνεται στην περιέλιξη του μαγνητικού μετατροπέα, ο οποίος με τη σειρά του δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για το σώμα εργασίας της εγκατάστασης. Η επεξεργασία με υπερήχους ξεκινά με το γεγονός ότι η γροθιά του μηχανήματος αρχίζει να δονείται, όντας σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Οι συχνότητες αυτής της δόνησης ρυθμίζονται από τη γεννήτρια με βάση τις καθορισμένες παραμέτρους που απαιτούνται σε μια συγκεκριμένη περίπτωση.

Η διάτρηση είναι κατασκευασμένη από ένα μαγνητοσυσταλτικό υλικό (κράμα σιδήρου, νικελίου και κοβαλτίου) που μπορεί να αλλάξει σε γραμμικές διαστάσεις υπό τη δράση ενός μαγνητικού μετατροπέα. Και στο τελευταίο κρίσιμο στάδιο, η διάτρηση δρα στη λειαντική σκόνη μέσω ταλαντώσεων που οδηγούνται κατά μήκος του κυματοδηγού-πυκνωτή. Επιπλέον, η κλίμακα και η ισχύς επεξεργασίας μπορεί να είναι διαφορετικές. Στον εξεταζόμενο εξοπλισμό, η βιομηχανική κατεργασία μετάλλων πραγματοποιείται με το σχηματισμό ογκωδών κατασκευών, αλλά υπάρχουν και συμπαγείς συσκευές με παρόμοια αρχή λειτουργίας, στις οποίες εκτελείται χάραξη υψηλής ακρίβειας.

Τεχνική RCD διαστάσεων

Μετά την εγκατάσταση του εξοπλισμού και την προετοιμασίατου υλικού στόχου, ο λειαντικός πολτός παρέχεται στην περιοχή της λειτουργίας - δηλαδή στο χώρο μεταξύ της επιφάνειας του προϊόντος και του ταλαντευόμενου άκρου. Παρεμπιπτόντως, καρβίδια πυριτίου ή βορίου χρησιμοποιούνται συνήθως ως λειαντικό. Στις αυτοματοποιημένες γραμμές, το νερό χρησιμοποιείται για διανομή σκόνης και ψύξη. Η απευθείας επεξεργασία μετάλλων με υπερήχους αποτελείται από δύο λειτουργίες:

• Διείσδυση από κρούση λειαντικών σωματιδίων στην επιδιωκόμενη επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται ένα δίκτυο μικρορωγμών και να τρυπούνται μικροσωματίδια του προϊόντος.
• Κυκλοφορία λειαντικού υλικού στη ζώνη επεξεργασίας - οι χρησιμοποιημένοι κόκκοι αντικαθίστανται από ρεύματα νέων σωματιδίων.

Σημαντική προϋπόθεση για την αποτελεσματικότητα της όλης διαδικασίας είναι η διατήρηση υψηλού ρυθμού και στις δύο διαδικασίες μέχρι το τέλος του κύκλου. Διαφορετικά, οι παράμετροι επεξεργασίας αλλάζουν και μειώνεται η ακρίβεια κατεύθυνσης του λειαντικού.

Χαρακτηριστικά διαδικασίας

Οι παράμετροι επεξεργασίας που είναι βέλτιστες για μια συγκεκριμένη εργασία είναι προκαθορισμένες. Λαμβάνονται υπόψη τόσο η διαμόρφωση της μηχανικής δράσης όσο και οι ιδιότητες του υλικού του τεμαχίου εργασίας. Τα μέσα χαρακτηριστικά της θεραπείας με υπερήχους μπορούν να αναπαρασταθούν ως εξής:

• Το εύρος συχνοτήτων της γεννήτριας ρεύματος είναι από 16 έως 30 kHz.
• Το πλάτος ταλάντωσης της διάτρησης ή του εργαλείου εργασίας της - το χαμηλότερο φάσμα στην αρχή της λειτουργίας είναι από 2 έως 10 μικρά και το ανώτερο επίπεδο μπορεί να φτάσει τα 60 μικρά.
• Κορεσμός λειαντικού πολτού - από 20 έως 100 χιλιάδες.κόκκοι ανά κύβο 1 cm.
• Διάμετρος λειαντικών στοιχείων - από 50 έως 200 μικρά.

Η μεταβολή αυτών των παραμέτρων επιτρέπει όχι μόνο μεμονωμένη γραμμική επεξεργασία υψηλής ακρίβειας, αλλά και τον ακριβή σχηματισμό πολύπλοκων αυλακώσεων και εγκοπών. Με πολλούς τρόπους, η εργασία με σύνθετες γεωμετρίες έχει καταστεί δυνατή λόγω της τελειότητας των χαρακτηριστικών των διατρήσεων, οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν τη λειαντική σύνθεση σε διαφορετικά μοντέλα με λεπτή υπερκατασκευή.

Ξετράρισμα με RCD

Αυτή η λειτουργία βασίζεται στην αύξηση της σπηλαίωσης και της διαβρωτικής δραστηριότητας του ακουστικού πεδίου όταν πολύ μικρά σωματίδια από 1 micron εισάγονται στη λειαντική ροή. Αυτό το μέγεθος είναι συγκρίσιμο με την ακτίνα επιρροής του κρουστικού ηχητικού κύματος, το οποίο καθιστά δυνατή την καταστροφή των αδύναμων περιοχών των γρέζων. Η διαδικασία εργασίας οργανώνεται σε ειδικό υγρό μέσο με μείγμα γλυκερίνης. Ένας ειδικός εξοπλισμός χρησιμοποιείται επίσης ως δοχείο - ένα φυτομίκτη, σε ένα ποτήρι του οποίου υπάρχουν ζυγισμένα λειαντικά και ένα μέρος εργασίας. Μόλις εφαρμοστεί ένα ακουστικό κύμα στο μέσο εργασίας, αρχίζει η τυχαία κίνηση των λειαντικών σωματιδίων, τα οποία δρουν στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας. Λεπτοί κόκκοι καρβιδίου του πυριτίου και ηλεκτροκορουνδίου σε μείγμα νερού και γλυκερίνης παρέχουν αποτελεσματική αφαίρεση γρεζιών σε μέγεθος έως και 0,1 mm. Δηλαδή, η επεξεργασία με υπερήχους παρέχει ακριβή και υψηλής ακρίβειας αφαίρεση μικροελαττωμάτων που θα μπορούσαν να παραμείνουν ακόμη και μετά την παραδοσιακή μηχανική λείανση. Αν μιλάμε για μεγάλα γρέζια, τότε είναι λογικό να αυξήσουμε την ένταση της διαδικασίας προσθέτοντας χημικά στοιχεία στο δοχείοσαν μπλε βιτριόλι.

Καθαρισμός εξαρτημάτων με RCD

Στις επιφάνειες των κατεργαζόμενων μεταλλικών τεμαχίων, ενδέχεται να υπάρχουν διάφορα είδη επιστρώσεων και ακαθαρσιών που δεν επιτρέπεται, για τον ένα ή τον άλλο λόγο, να αφαιρεθούν με τον παραδοσιακό λειαντικό καθαρισμό. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται επίσης η τεχνολογία επεξεργασίας υπερήχων σπηλαίωσης σε υγρό μέσο, αλλά με αρκετές διαφορές από την προηγούμενη μέθοδο:

• Το εύρος συχνοτήτων θα ποικίλλει από 18 έως 35 kHz.
• Οργανικοί διαλύτες όπως το φρέον και η αιθυλική αλκοόλη χρησιμοποιούνται ως υγρό μέσο.
• Για να διατηρηθεί μια σταθερή διαδικασία σπηλαίωσης και αξιόπιστη στερέωση του τεμαχίου εργασίας, απαιτείται να ρυθμιστεί ο συντονισμένος τρόπος λειτουργίας του φυτομίκτη, η στήλη υγρού στην οποία θα αντιστοιχεί στο μισό μήκος του υπερηχητικού κύματος.

Διάτρηση διαμαντιών με υποστήριξη υπερήχου

Η μέθοδος περιλαμβάνει τη χρήση ενός περιστρεφόμενου εργαλείου διαμαντιού, το οποίο κινείται από υπερηχητικούς κραδασμούς. Το ενεργειακό κόστος για τη διαδικασία επεξεργασίας υπερβαίνει τον όγκο των απαιτούμενων πόρων με τις παραδοσιακές μεθόδους μηχανικής δράσης, φτάνοντας τα 2000 J/mm3. Αυτή η ισχύς σας επιτρέπει να τρυπάτε με διάμετρο έως 25 mm με ταχύτητα 0,5 mm/min. Επίσης, η υπερηχητική επεξεργασία υλικών με διάτρηση απαιτεί τη χρήση ψυκτικού σε μεγάλους όγκους έως 5 l/min. Οι ροές υγρών ξεπλένουν επίσης τη λεπτή σκόνη από τις επιφάνειες του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας,σχηματίστηκε κατά την καταστροφή του λειαντικού.

Έλεγχος απόδοσης RCD

Η τεχνολογική διαδικασία είναι υπό τον έλεγχο του χειριστή, ο οποίος παρακολουθεί τις παραμέτρους των ενεργών δονήσεων. Ειδικότερα, αυτό ισχύει για το πλάτος των ταλαντώσεων, την ταχύτητα του ήχου, καθώς και την ένταση της παροχής ρεύματος. Με τη βοήθεια αυτών των δεδομένων διασφαλίζεται ο έλεγχος του περιβάλλοντος εργασίας και η επίδραση του λειαντικού υλικού στο τεμάχιο εργασίας. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στην υπερηχητική επεξεργασία οργάνων, όταν μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλοί τρόποι λειτουργίας του εξοπλισμού σε μία τεχνολογική διαδικασία. Οι πιο προοδευτικές μέθοδοι ελέγχου περιλαμβάνουν τη συμμετοχή αυτόματων μέσων αλλαγής των παραμέτρων επεξεργασίας με βάση τις μετρήσεις των αισθητήρων που καταγράφουν τις παραμέτρους του προϊόντος.

Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας υπερήχων

Η χρήση της τεχνολογίας RCD παρέχει μια σειρά από πλεονεκτήματα, τα οποία εκδηλώνονται σε διάφορους βαθμούς ανάλογα με τη συγκεκριμένη μέθοδο εφαρμογής της:

• Η παραγωγικότητα της διαδικασίας κατεργασίας αυξάνεται αρκετές φορές.
• Η φθορά του εργαλείου υπερήχων μειώνεται κατά 8-10 φορές σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους κατεργασίας.
• Κατά τη διάτρηση, οι παράμετροι επεξεργασίας αυξάνονται σε βάθος και διάμετρο.
• Αυξάνει την ακρίβεια της μηχανικής δράσης.

Ελαττώματα της τεχνολογίας

Η ευρεία εφαρμογή αυτής της μεθόδου εξακολουθεί να εμποδίζεται από μια σειρά από ελλείψεις. Σχετίζονται κυρίως με την τεχνολογική πολυπλοκότητα του οργανισμού.επεξεργάζομαι, διαδικασία. Επιπλέον, η επεξεργασία εξαρτημάτων με υπερήχους απαιτεί πρόσθετες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της παράδοσης λειαντικού υλικού στην περιοχή εργασίας και της σύνδεσης εξοπλισμού για ψύξη νερού. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν επίσης να αυξήσουν το κόστος της εργασίας. Κατά την εξυπηρέτηση βιομηχανικών διεργασιών, το ενεργειακό κόστος αυξάνεται επίσης. Απαιτούνται πρόσθετοι πόροι όχι μόνο για τη διασφάλιση της λειτουργίας των κύριων μονάδων, αλλά και για τη λειτουργία συστημάτων προστασίας και συλλεκτών ρεύματος που μεταδίδουν ηλεκτρικά σήματα.

Συμπέρασμα

Η εισαγωγή της τεχνολογίας λειαντικών υπερήχων στις διαδικασίες επεξεργασίας μετάλλων οφειλόταν στους περιορισμούς στη χρήση παραδοσιακών μεθόδων κοπής, διάτρησης, τόρνου κ.λπ. Σε αντίθεση με έναν συμβατικό τόρνο, η επεξεργασία μετάλλων με υπερήχους μπορεί να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά υλικά αυξημένης σκληρότητας. Η χρήση αυτής της τεχνολογίας κατέστησε δυνατή την εκτέλεση εργασιών μηχανικής κατεργασίας σε σκληρυμένο χάλυβα, κράματα καρβιδίου τιτανίου, προϊόντα που περιέχουν βολφράμιο κ.λπ. Ταυτόχρονα, η υψηλή ακρίβεια της μηχανικής δράσης είναι εγγυημένη με ελάχιστη ζημιά στη δομή που βρίσκεται στην εργασία περιοχή. Όμως, όπως συμβαίνει με άλλες καινοτόμες τεχνολογίες όπως η κοπή πλάσματος, η επεξεργασία με λέιζερ και η επεξεργασία με εκτόξευση νερού, εξακολουθούν να υπάρχουν οικονομικά και οργανωτικά προβλήματα κατά τη χρήση τέτοιων μεθόδων επεξεργασίας μετάλλων.