Pracovný princíp ultrazvukového obrábania
Obrázok ukazuje operáciu obrábania ultrazvukom. Elektronický oscilátor a zosilňovač, tiež známy ako generátor, prevádza dostupnú elektrickú energiu s nízkou frekvenciou na vysokofrekvenčný výkon rádovo 20 kHz, ktorý sa dodáva do meniča.
Prevodník pracuje pomocou magnetrónového strihu. Vysokofrekvenčný napájací zdroj aktivuje vrstvu magnetostrikčného materiálu, ktorá vytvára pozdĺžny vibračný pohyb nástroja. Amplitúda týchto vibrácií nie je dostatočná na účely rezania. To sa preto prenáša na prenikajúci nástroj prostredníctvom mechanického zaostrovacieho zariadenia, ktoré poskytuje intenzívne vibrácie s požadovanou amplitúdou na konci nástroja.
Mechanické zaostrovacie zariadenie sa niekedy nazýva rýchlostný transformátor. Toto je zúžená stopka alebo sa nazýva „roh“. Je to horný koniec upnutý alebo spájkovaný na spodnú stranu magnetostrikčného materiálu. Jeho dolný koniec je opatrený prostriedkami na zaistenie náradia.
Všetky tieto časti, vrátane nástroja vyrobeného z nízkouhlíkovej alebo nehrdzavejúcej ocele do tvaru požadovanej dutiny, pôsobia ako jedno elastické teleso prenášajúce vibrácie na špičku nástroja.
Bežne používané brusivá sú
oxid hlinitý (oxid hlinitý), karbid bóru, karbid kremíka a diamantový prach. Bór je najdrahší abrazívny materiál a najlepšie sa hodí na rezanie karbidu volfrámu, nástrojovej ocele a drahokamov. Kremík nachádza najviac aplikácií. Na rezanie skla a keramiky sa ako najlepší považuje oxid hlinitý.
Abrazívna suspenzia sa čerpá do rozhrania pracovného nástroja. Na ochladenie abrazívnej suspenzie na teplotu 5 až 6 ° C sa používa chladiaci chladiaci systém. Dobrou metódou je udržiavať kašu v kúpeli v zóne rezania.
Veľkosť brusiva sa pohybuje medzi 200 a 2 000 zrnitosťami. Na hrubovanie sú vhodné hrubé zrná, zatiaľ čo na dokončovanie sa používajú jemnejšie zrná, napríklad zrnitosť 1000. Čerstvé brusivá sa lepšie krájajú a kaša sa preto musí pravidelne vymieňať
Presnosť
Maximálna rýchlosť prieniku do mäkkých a krehkých materiálov, ako je mäkká keramika, je rádovo 20 mm min., U tvrdých a húževnatých materiálov je však rýchlosť prieniku nižšia. Je možná presnosť rozmerov až do 0,005 mm a je možné dosiahnuť povrchové úpravy až po hodnotu Ra 0,1 - 0,125 mikrónu.
Na dokončenie obrábania je možný minimálny polomer rohu 0,10 mm. Rozsah veľkostí strojov USM sa líši od ľahkého prenosného typu so vstupom asi 20 W až po ťažké stroje s výkonom do 2 kW.
Obmedzenia procesu
Hlavným obmedzením procesu je jeho relatívne nízka rýchlosť rezania kovu. Maximálna rýchlosť úberu kovu je 3 mm® / sa vysoká spotreba energie. Hĺbka valcových otvorov je v súčasnosti obmedzená na 2,5-násobok priemeru nástroja.
Opotrebenie nástroja zvyšuje uhol otvoru, zatiaľ čo ostré rohy sú zaoblené. To znamená, že výmena nástrojov je nevyhnutná pri výrobe presných slepých otvorov. Proces je tiež v súčasnej podobe obmedzený na stroj na povrchoch pomerne malých rozmerov.
Posledný vývoj
Nedávno došlo k novému vývoju v oblasti ultrazvukového obrábania, pri ktorom sa používa nástroj impregnovaný diamantovým prachom a nepoužíva sa žiadna suspenzia. Nástroj osciloval na ultrazvukových frekvenciách aj sa otáčal. Ak nie je možné otočiť nástrojom, môže sa otáčať obrobok.
Táto inovácia odstránila niektoré nevýhody konvenčného procesu pri vŕtaní hlbokých otvorov. Napríklad rozmery otvoru je možné udržiavať v rozmedzí + 0,125 mm. Do keramiky boli vyvŕtané otvory do hĺbky 75 mm bez toho, aby došlo k zníženiu rýchlosti obrábania, ako je to bežné pri bežnom postupe.
Aplikácia ultrazvukového obrábania
Vďaka jednoduchosti je proces ekonomický pre širokú škálu aplikácií, ako napríklad:
· Predstavujeme okrúhle otvory a otvory ľubovoľného tvaru, pre ktoré je možné vyrobiť nástroj. Rozsah tvarov, ktoré je možné získať, sa dá zvýšiť posunutím obrobku počas rezania.
· Pri obrábaní, ako sú vŕtanie, brúsenie, profilovanie a frézovanie všetkých vodivých a nevodivých materiálov.
· Obrábanie skla, keramiky, volfrámu a iných tvrdých karbidov, drahokamov, ako je syntetický rubín.
· Pri rezaní závitov v súčiastkach z tvrdých kovov a zliatin približne otáčaním a posúvaním obrobku alebo nástroja.
· Pri výrobe lisovacích nástrojov a matríc na ťahanie z karbidu volfrámu a diamantových drôtov na kovanie a vytlačovanie.
· Umožnenie zubárovi vyvŕtať na zuby otvor ľubovoľného tvaru bez akejkoľvek bolesti.
Výhody ultrazvukového obrábania
· Extrémne tvrdé a krehké materiály sa dajú ľahko opracovať.
· Ľahko sa dajú získať vysoko presné profily a dobrá povrchová úprava.
· Obrobený obrobok je bez pnutia.
· Miera úberu kovu je nízka.
· Z dôvodu prakticky nulového vytvárania tepla v procese zostávajú fyzikálne vlastnosti pracovného materiálu nezmenené.
· Prevádzka je nehlučná.
· Prevádzka zariadenia je celkom bezpečná.
