MACHINING TOUGH KERAMICKÉ MATERIÁLY
Ultrazvuková obráběcí technologie mohou výrobcům pomoci zvýšit propustnost pokročilých keramických součástí.
Od raketových domů nové generace pro obranné systémy až po komponenty implantátu kyčelního kloubu pro zdravotnický průmysl jsou díky mechanickým vlastnostem keramických materiálů ideální pro širokou škálu aplikací. Keramické materiály, jako je oxid hlinitý (oxid hlinitý) a nitrid křemíku, mají mnoho užitečných vlastností: extrémní houževnatost, schopnost odolávat vysokým teplotám a odolnost proti chemické korozi, abychom jmenovali jen několik. Tyto vlastnosti a další činí keramiku atraktivní pro konstruktéry, kteří potřebují komponenty s mimořádnou trvanlivostí. Bohužel tyto stejné vlastnosti také představují výrobní výzvy, které lze obtížně překonat bez vhodné technologie.
Komponenty vyrobené z měkčího optického skla lze účinně vyrábět s počítačem číslicově řízenými (CNC) obráběcími stroji pomocí rotačního řezacího nástroje impregnovaného diamanty. Při použití této metody na keramiku se však řezné nástroje opotřebují mnohem rychleji, protože nástroj a obrobek jsou vystaveny větším silám v důsledku tvrdosti materiálu. Aby kompenzovala zvýšená síla, musí obsluha strojů zvýšit rychlost vřetena nástroje při současném snížení rychlosti posuvu řezné rychlosti (rychlost, kterou je nástroj posunut do dílu). Nakonec to má za následek delší časy cyklu a menší účinnost.
Ultrazvukové obrábění
Technika známá jako ultrazvukové obrábění může pomoci překonat výzvy spojené s tradičním CNC obráběním. Ultrazvukové obráběcí centra * zahrnují technologii pro nákladově efektivní strojní keramické komponenty. Ultrazvukové obrábění zahrnuje přidání oscilace nahoru a dolů k rotujícímu nástroji, což umožňuje volnější řezání těchto velmi tvrdých materiálů.
Amplituda oscilací je malá (mikrometry), ale je účinná při odstraňování materiálu, když nástroj osciluje na své ideální frekvenci. Udržování ideální frekvence měřené v kilohertzu (kHz) zajišťuje, že stroj pracuje s nejvyšší účinností a vytváří předvídatelné výsledky.
Vlastní software ** určuje ideální frekvenci kmitání pro každý nástroj tím, že provede počáteční nastavení frekvence. Frekvenční impuls určuje optimální frekvenci (typicky mezi 20 a 40 kHz) analýzou velikosti, tvaru a hmotnosti nástroje, který je pro danou úlohu použit. Jakmile je určena ideální frekvence a začne se cyklus, software automaticky upravuje frekvenci během opracování části, aby udržel špičkový výkon při ultrazvukovém obrábění. Změna frekvence se může pohybovat od několika hertzů až po stovky hertzů v závislosti na změně podmínek obrábění, když je nástroj v kontaktu s částí.
Pokročilé obráběcí procesy pro tvrdé keramické materiály poskytují následující výhody:
Výrazně snížené síly na obrobku a nástroj při obrábění, což umožňuje operátorům volnost zvyšovat rychlost zpracování a řezné posuvné rychlosti
Snížená doba cyklu oproti standardním strojům na broušení / frézování
Minimální opotřebení nástroje a delší životnost nástroje v důsledku snížení síly na součásti a nástroji
Zvýšená přesnost obráběných součástí díky daleko předvídatelnější životnosti nástroje
Snížené náklady na nástroje
Snížené otáčky vřetena, zejména pro otvory o velikosti menší než 0,007 in.
Navíc, ultrazvukové obrábění ukázalo lepší kvalitu povrchu oproti standardnímu CNC broušení / frézování. To je obzvláště důležité, když je vyžadován následný lešticí proces pro dosažení potřebných dílčích specifikací. Čím přesnější je povrchový tvar a drsnost dílu po procesu broušení, tím méně času potřebuje k leštění.
* Například řada OptiSonic ™ vyvinutá společností OptiPro Systems. ** IntelliSonic ™ vyvinutý firmou OptiPro Systems.
Testování a výsledky
Důkladné testování ukázalo, jak může pomocí ultrazvukové obráběcí technologie zvýšit výrobní účinnost keramických materiálů. V některých případech byly doby cyklu sníženy o 50% nebo více oproti standardnímu CNC obrábění. V nedávné době byly provedeny dva testy pro vyhodnocení schopností ultrazvukových obrábění v různých řezných scénářích.
První zkouška zahrnovala ultrazvukové obrábění oxidu hlinitého. Skupina technická keramika z oxidu hlinitého je seskupena podle úrovně čistoty. Oxid hlinitý s vyšší čistotou je ideální pro náročnější aplikace. 1 K měření přínosu ultrazvukové opracování byly kruhové kapsy, které měly průměr 16 mm a hloubku 50 mm, obrobeny do oxidu hlinitého. Přidáním ultrazvukové pomoci k diamantovému nástroji o průměru 12,7 mm bylo vřeteno nastaveno na 8,511 ot./min s naprogramovaným posuvem 1 650 mm / min. Každá kapsa byla dokončena v cyklu 6 minut a 30 sekund. Pro srovnání, obrábění jednoho z těchto otvorů pomocí konvenčního CNC frézovacího stroje trvalo více než 1 hodinu a vyžadovalo se, aby byl nástroj vyměněn po každém otvoru kvůli nadměrnému opotřebení. Diamantový nástroj používaný na ultrazvukovém stroji vykazoval velmi malé opotřebení po výrobě 12 otvorů.
Druhý test byl proveden k určení účinnosti ultrazvukových obrábění na nitrid křemíku. Nitrid křemíku má jedinečnou strukturu zrna, která nejenže umožňuje extrémně vysokou houževnatost, ale i mimořádně vysokou odolnost proti tepelným rázům.2 V tomto testu provedla 4 mm diamantová jádrová vrtačka přímý vstup do osy Z, čímž vznikla otvor s hloubkou 13 mm. Pomocí ultrazvukové pomoci obsahovaly jádrové parametry vrtání otáčky vřetena 6 511 ot / min a posuv 1 mm / min. I když se rychlost posuvu 1 mm / min zdá být malá, je ideální vzhledem k extrémní tvrdosti nitridu křemíku. Při těchto parametrech byla celková doba cyklu dokončení díry 15 min, což je třikrát rychlejší než standardní CNC obrábění.
Rozšířené možnosti
Vzhledem k tomu, že trh s keramickými komponenty stále roste, je důležité, aby byli výrobci vybaveni nejmodernější technologií. Ultrazvukové obráběcí centra poskytují více možností než standardní CNC brousicí a frézovací stroje a jsou ideální pro nejrůznější aplikace. Zda potřeba zahrnuje světelně váženou část, dlouhé jádro, malé otvory nebo složité geometrické rysy, přidáním ultrazvukových vibrací diamantovému brusnému nástroji zvyšuje účinnost a prodlužuje životnost nástroje. Výrobci, kteří používají ultrazvukové obráběcí centra, mohou zažít vyšší průchodnost keramických komponentů a zároveň trávit méně času a peněz při nákupu nových nástrojů.
Najít AUTOMATICKÉ ULTRASONNÍ STROJE pro vaše reference?
Klikněte na tlačítko AUTOMATICKÉ ULTRASONNÍ STROJE realizovat to!
