Pracovní princip ultrazvukového obrábění
Obrázek ukazuje operaci ultrazvukového obrábění. Elektronický oscilátor a zesilovač, také známý jako generátor, převádí dostupnou elektrickou energii s nízkou frekvencí na vysokofrekvenční energii řádově 20 kHz, která se dodává do převodníku.
Převodník pracuje magnetronovým proužkem. Vysokofrekvenční napájecí zdroj aktivuje stoh magnetostrikčního materiálu, který vytváří podélný vibrační pohyb nástroje. Amplituda těchto vibrací je pro účely řezání nedostatečná. To se proto přenáší na pronikající nástroj prostřednictvím mechanického zaostřovacího zařízení, které poskytuje intenzivní vibrace požadované amplitudy na konci nástroje.
Mechanické zaostřovací zařízení se někdy nazývá rychlostní transformátor. Toto je kuželová stopka nebo se jí říká „roh“. Jeho horní konec je upnut nebo připájen ke spodní straně magnetostrikčního materiálu. Jeho spodní konec je opatřen prostředky pro zajištění nástroje.
Všechny tyto části, včetně nástroje vyrobeného z nízkouhlíkové nebo nerezové oceli do tvaru požadované dutiny, působí jako jedno elastické těleso, které přenáší vibrace na špičku nástroje.
Běžně používaná brusiva jsou
oxid hlinitý (oxid hlinitý), karbid boru, karbid křemíku a diamantový prach. Bor je nejdražší abrazivní materiál a je nejvhodnější pro řezání karbidu wolframu, nástrojové oceli a drahokamů. Silicon najde nejvíce aplikací. Pro řezání skla a keramiky je oxid hlinitý považován za nejlepší.
Abrazivní suspenze se čerpá do rozhraní pracovního nástroje. Chladicí chladicí systém se používá k ochlazení brusné kaše na teplotu 5 až 6 ° C. Dobrou metodou je udržování kaše v lázni v řezací zóně.
Velikost brusiva se pohybuje mezi 200 a 2000. Pro hrubování jsou dobré hrubé zrnitosti, zatímco pro dokončování se používají jemnější zrna, například 1000 zrnitosti. Čerstvá brusiva lépe brousí a kaše se proto pravidelně vyměňuje
Přesnost
Maximální rychlost penetrace u měkkých a křehkých materiálů, jako je měkká keramika, je řádově min. 20 mm, ale u tvrdých a houževnatých materiálů je rychlost penetrace nižší. Je možná přesnost rozměrů až do 0,005 mm a lze dosáhnout povrchových úprav až do hodnoty Ra 0,1-0,125 mikronů.
K dokončení obrábění je možný minimální poloměr rohu 0,10 mm. Rozsah velikostí strojů USM se liší od lehkého přenosného typu, který má příkon přibližně 20 W, až po těžké stroje s příkonem do 2 kW.
Omezení procesu
Hlavním omezením procesu jsou jeho relativně nízké rychlosti řezání kovů. Maximální rychlost úběru kovu je 3 mm® / sa vysoká spotřeba energie. Hloubka válcových otvorů je v současné době omezena na 2,5násobek průměru nástroje.
Opotřebení nástroje zvyšuje úhel díry, zatímco ostré rohy jsou zaoblené. To znamená, že při výrobě přesných slepých otvorů je nutná výměna nástrojů. Proces je také ve své současné podobě omezen na stroj na površích poměrně malé velikosti.
Nedávný vývoj
Nedávno došlo k novému vývoji v oblasti ultrazvukového obrábění, při kterém se používá nástroj impregnovaný diamantovým prachem a nepoužívá se žádná suspenze. Nástroj osciloval na ultrazvukových frekvencích a také se otáčel. Pokud není možné nástrojem otáčet, může dojít k otáčení obrobku.
Tato inovace odstranila některé nevýhody konvenčního procesu při vrtání hlubokých děr. Například rozměry otvoru mohou být udržovány v rozmezí 0,125 mm. Do keramiky byly vyvrtány otvory až do hloubky 75 mm, aniž by došlo k poklesu rychlosti obrábění, jak je tomu u běžného procesu.
Aplikace ultrazvukového obrábění
Díky jednoduchosti je proces ekonomický pro širokou škálu aplikací, jako jsou:
· Představujeme kulaté otvory a otvory jakéhokoli tvaru, pro které lze vyrobit nástroj. Rozsah dosažitelných tvarů lze zvýšit pohybem obrobku během řezání.
· Při obráběcích operacích, jako je vrtání, broušení, profilování a frézování všech vodivých i nevodivých materiálů.
· Obrábění skla, keramiky, wolframu a jiných tvrdých karbidů, drahokamů, jako je syntetický rubín.
· Při řezání závitů v dílech vyrobených z tvrdých kovů a slitin přibližně otáčením a posouváním obrobku nebo nástroje.
· Při výrobě razníků a razidel pro tažení karbidu wolframu a diamantových drátů pro kovací a vytlačovací procesy.
· Umožnění zubaři vyvrtat na zuby otvor jakéhokoli tvaru, aniž by to způsobovalo bolest.
Výhody ultrazvukového obrábění
· Extrémně tvrdé a křehké materiály lze snadno opracovat.
· Lze snadno získat vysoce přesné profily a dobrou povrchovou úpravu.
· Obrobený obrobek je bez pnutí.
· Rychlost úběru kovu je nízká.
· Kvůli prakticky žádnému generování tepla v procesu zůstávají fyzikální vlastnosti pracovního materiálu beze změny.
· Provoz je bezhlučný.
· Provoz zařízení je zcela bezpečný.
