Ультразвуковая резка металла

Ультразвуковая резка металла

Один из самых востребованных способов неразрушающего контроля – это УЗК контроль. Производители металлоконструкций проводят его, следуя правилам, установленным ГОСТом. Ультразвуковой метод контроля позволяет выявить различные дефекты (трещины, пустоты и так далее).

Торговый дом «Ареал» предлагает услуги УЗК в Москве. Для проверки используется современное оборудование. Это позволяет осуществлять работы эффективно и оперативно.

Суть УЗК

Суть данного метода контроля заключается в использовании ультразвуковых волн с определённой частотой. Распространяясь по проверяемому изделию, они обладают способностью к отражению.

Измерив полученные значения, можно зафиксировать дефекты. Если материал однородный, то ультразвуковые волны будут отражаться равномерно.

Препятствием для них могут стать, например, пустоты, которые образуются из-за скопления газов после сварочных работ.

Существует несколько методов неразрушающего контроля. В различных лабораториях изделия проверяют теневым, зеркально-теневым и эхо-способами. Эхо-методика пользуется наибольшей популярностью. Её суть заключается в фиксации эхо-импульсов от повреждений металла при помощи специального оборудования.

Какие характеристики дефектов можно определить ультразвуковым контролем

Ультразвуковой контроль качества позволяет определить не только наличие дефектов, но и их характеристики:

• размеры (ширину, длину и высоту);
• месторасположение;
• расстояние от одного повреждения до другого;
• количество дефектов на определённый объём.

Специалистами ТД «Ареал» используются современные автоматизированные методы УЗК. Это позволяет повысить точность и скорость работы. Новейшее оборудование подаёт проверяющему сотруднику сигнал, когда дефект обнаружен.

Он автоматически определяет месторасположение и глубину повреждения металла. Высокочувствительное оборудование даёт возможность работать с крупными изделиями.

Ультразвуковой контроль выгодно выделяется среди остальных методов проверки: он позволяет существенно повысить надёжность и прочность металлоконструкций.

Ультразвуковые режущие инструменты: ультразвуковой гравер и ультразвуковой нож

Ультразвуковые режущие устройства нового поколения (ультразвуковой гравер ГРУЗ и ультразвуковой нож НУЗ) отличаются повышенной акустической мощностью и надежностью в эксплуатации.

В инструментальных насадках гравера и ножа возбуждаются ультразвуковые колебания большой амплитуды — до 15 микронов на частоте 24 кГц.

Применение технологии ультразвукового резания позволяет значительно повысить эксплуатационные качества инструментов, а именно: уменьшить силу прижима, устранить «застой» металла на инструменте, уменьшить силу трения и улучшить качество обрабатываемой поверхности.

Ультразвуковой гравер ГРУЗ

Ультразвуковой гравер ГРУЗ используется для обработки пресс-форм; гравировки по металлу; разметки и уплотнения поверхностного слоя металла; ювелирного производства, резьбы по камню, раковине; реставрационных работ и расчистки коллекционного камня; дизайнерских работ.

Ультразвуковой нож НУЗ

нож ультразвуковой НУЗ-100

Ультразвуковой нож НУЗ применяют для резания вязко-хрупких материалов, когда другие эквивалентные устройства резания (ножы, пилы и фрезы) не могут обеспечить требуемого качества обработки.

Например, на рисунке представлен ультразвуковой нож, разработанный для резания специальной сотовой конструкции из тонкой металлической фольги.

Замена насадки на инструмент позволяет использовать его как пилу, лопатку для резки кондитерских изделий, тортов, мороженого и других кулинарных изделий, нож для резания пленки.

Ультразвуковые гравер и нож содержат электрический генератор, соединенный электрическим кабелем с пьезоэлектрическим излучателем, на котором закреплены сменные инструментальные насадки.

Инструментальные насадки изготовливаются из следующих материалов: спеченный алмаз, твердый сплав, быстрорежущая сталь, медь, а также дерево, стекловолокно и др. Инструменты имеют различную форму, в зависимости от технологического назначения.

Технические характеристики ультразвукового гравера и ультразвукового ножа

Услуги и стоимость резки металлов — лазерная, плазменная, ультразвуковая, гидроабразивная

Резка материалов с помощью станочного оборудования ― один из основных методов обработки сырья для последующего производства изделий и конструкций. Существует широкий выбор различных технологий резки, которые хоть и имеют общую область применения, но отличаются по подходу, характеристикам, эффективности и, конечно, стоимости.

С помощью этих технологий можно обрабатывать различные виды металла, древесину, бетон и другие материалы. Разберем четыре основные технологии резки материалов ― лазерную, плазменную, ультразвуковую, гидроабразивную.

Сразу нужно сказать, что точную стоимость лазерной резки металла и другую подобную информацию из этой статьи Вы не узнаете — не только по причине переменчивости условий рынка.

Стоимость резки металлов можно узнать только при личном обращении к специалистам, поскольку цена может быть привязана к географии.

Лазерная резка

Обработка металла и других прочных материалов с помощью лазера представляет собой одну из самых высокотехнологичных технологий. Основное назначение ― раскрой и резка листовых материалов.

Принцип работы лазером заключается в том, что лазерный луч фокусируется на определенном участке поверхности обрабатываемого материала, нагревает его до определенного состояния и, в результате, металл (с ним работают чаще всего) просто-напросто испаряется.

В конечном итоге работ, Вы получаете точный и быстрый раскрой листов.

В зависимости от типа оборудования, стоимость лазерной резки металла может заметно отличаться. Опыт показывает, что цену лазерной резки металла можно снижать либо повышать за счет выбора того или иного типа лазера, который играет роль основного действующего элемента станка.

Плазменная резка

Технология плазменной резки предусматривает использование специальной воздушно-плазменной дуги. Такая дуга характеризуется постоянным электрическим напряжением прямого действия, в результате действия которого, металл (или же другой материал) сначала расплавляется, а затем просто выдувается из полости реза.

По сути, это термическая резка металлов и сплавов, ведь процесс обработки основан на воздействии высоких температур. В отличие от лазерного оборудования, плазменная резка весьма эффективна по отношению к листовым материалам, толщина которых достигает 80 мм. Стоит отметить, что на услуги плазменной резки металла, цена будет чуть ниже, чем на лазерную обработку.

Однако в этом есть и свои «подводные камни»: высокая цена лазерной резки оправдана действительно высокой производительностью и эффективностью работы. Для чего бы Вам ни понадобились услуги плазменной резки металла, цена не должна быть определяющим критерием. Не нужно отдавать ей предпочтение только по причине того, что она стоит дешевле лазерной резки.

Ультразвуковая сварка

Метод ультразвуковой сварки был разработан в XX веке. Он предназначен для создания неразъемных соединений различных материалов. Для сваривания детали сдавливают друг с другом и подвергают воздействию интенсивных ультразвуковых колебаний.

Ультразвуковая сварка

Таким способом можно сваривать термопластик и большинство металлов. По сравнению с другими способами сварки, ультразвуковые установки отличаются простотой конструкции, а сам процесс — низкой себестоимостью и трудоемкостью.

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

С физической точки зрения, ультразвуковая сварка проходит в три стадии:

• нагрев изделий, активизация диффузии в зоне соприкосновения;
• образование молекулярных связей между вязкотекучими поверхностными слоями
• затвердевание (кристаллизация) и образование прочного шва.

Существует несколько классификаций ультразвуковой сварки ультразвуковой сварки.

По степени автоматизации различают:

• Ручная. Оператор контролирует параметры установки и ведет сварочный пистолет по линии шва.
• Механизированная. Параметры задаются оператором и поддерживаются установкой, детали подаются под излучатель.
• Автоматизированная. Применяется на массовом производстве. Участие человека исключается.

Схемы колебательных систем для сварки ультразвуком

По методу подведения энергии к рабочей зоне выделяют:

• односторонняя;
• двусторонняя.

По методу движения волновода классифицируют:

• Импульсная. Работа короткими импульсами за одно перемещение волновода.
• Непрерывная. Постоянное воздействие излучателя, волновод двигается с постоянной скоростью относительно материала.

По споосбу определения количества энергии, затрачиваемой на соединение, существуют:

• по времени воздействия;
• по величине осадки;
• по величине зазора;
• по кинетической сотавляющей.

В последнем случае количество энергии определяется предельной амплитудой смещания опоры.

По способу подачи энергии в рабочую зону различают следующие режимы ультразвуковой сварки:

• Контактная. Энергия распределяется равномерно по всему сечению детали. Позволяет сваривать детали до 1,5 толщиной. Применяется для сваривания внахлест мягких пластиков и пленок.
• Передаточная. В случае высоких значений модуля упругости колебания возбуждаются в нескольких точках. Волна распространяется внутри изделия и высвобождает свою энергию в зоне соединения. Используется для тавровых швов и соединений встык жестких пластиков.

Схема точечной ультразвуковой сваркиСхема установки для роликовой сварки ультразвуком

Способ подачи энергии колебаний в зону контакта заготовок определяется модулем упругости материала и коэффициентом затухания механических колебаний на ультразвуковых частотах.

Суть получения швов ультразвуком

Процесс сварки ультразвуком для пластиков и металлов имеет общие физические основы, но существенно различается по параметрам.

Для ультразвуковой сварки металлов требуется нагрев до высоких температур и приложение больших усилий сжатия. Для пластиков можно обойтись намного меньшими значениями этих параметров. Схема установки ультразвуковой сварки пластика также существенно проще.

Последовательность действий следующая

• Подключают генератор ультразвука.
• Ультразвук, проходя через конвертер, преобразуется в продольные механические колебания волновода.
• Волновод подсоединяется перпендикулярно плоскости шва и передает заготовкам колебательную энергию.
• Механическая энергия преобразуется в волновую, что обуславливает интенсивный нагрев области соприкосновения волновода и заготовки.
• В нагретом поверхностном слое возрастает текучесть.
• Динамическое усилие, прикладываемое со стороны излучателя, способствует нагреву зоны крнтакта.
• Статическое усилие, приложенное в том же направлении — перпендикулярно поверхности контакта, понуждает к образованию прочные связи.

Сварной шов после ультразвуковой сварки

Таким методом удается соединять ультразвуком даже разные по своему строению материалы, такие как металлические сплавы и пластики.

При этом разница в температурах плавления может быть многократной.

Преимущества

Анализируя особенности ультразвукового сварочного производства, нельзя не отметить следующие его достоинства:

• не требуется защитная газовая среда;
• нет нужды в тщательной механической зачистке зоны сварки;
• нет ограничений по форме деталей;
• экологичность и ничтожный объем выделяющихся вредных веществ;
• небольшие температуры нагрева по сравнению с другими способами;
• не требуются сварочные материалы;
• высокая производительность, сравнимая только с контактной сваркой — доли секунды.
• низкие затраты энергии.

Полученный шов имеет эстетичный внешний вид и редко нуждается в дополнительной обработке.

Существуют у способа и минусы:

• Размер заготовки ограничен 25-30 см. На больших расстояниях волны рассеиваются и поглощаются материалом.
• Невозможность сварки деталей большой толщины.
• Чувствительность к влажности.

Сочетание достоинств и недостатков метода позволяет применять его в самых различных производствах.

Воздействие ультразвука на материал деталей

Атомы твердых тел, как кристаллических, так и аморфных, расположены в определенном порядке, между ними установлены более или менее прочные связи, позволяющие телам сохранять свою форму. Атомы и молекулы способны колебаться относительно своего начального положения.

Чем выше амплитуда этих колебаний, тем выше внутренняя энергия тела. Если амплитуда превышает определенный предел, установившиеся связи могут разорваться.

Если к телу приложено усилие, не дающее ему потерять целостность, вместо разорванных связей возникают новые, этот процесс называют рекомбинацией.

Ультразвуковые волны высокой интенсивности, сообщая атомам тела большое количество энергии за короткое время, увеличивают амплитуду колебаний атомов и молекул в зоне воздействия. Связи между ними рвутся, и под приложенным давлением возникают новые, с частицами из поверхностных слоев второй заготовки. Так возникает чрезвычайно прочное соединение, превращающее детали в единое целое.

Высокой эффективностью отличается применение ультразвуковой сварки к деталям небольших размеров. Особенно удачно применяют метод в микроэлектронике и приборостроении.

Соединение металлов проходит при существенно более низких температурах, чем при использовании «горячих» сварочных технологий, таких, так электродуговая или газовая сварка. Это открывает широкие возможности для быстрого и надежного соединения компонентов, чувствительных к перегреву.

Кроме того, метод способен сварить пары металлов, с трудом соединяемые другими способами: Cu+Al, Al+ Ni и т.д.

Метод также позволяет сваривать металл, пластик, керамику, композиты, стекло в любых комбинациях. Применим он и к тугоплавким сплавам.

Преимущества и недостатки при работе с пластиками

При работе с пластмассами существуют следующие достоинства метода:

• высокая производительность;
• низкая себестоимость операции;
• герметичность швов на толстостенных заготовках;
• отсутствие необходимости в подготовке поверхности;
• отсутствие перегрева;
• отсутствие электрических наводок и электромагнитного излучения;
• совместимость операции с другими операциями технологического процесса, напыления, разреза в других плоскостях и т.п.;
• универсальность по типам пластиков;
• отсутствие расходных материалов и химикатов.
• эстетичность и малозаметность шва.

Ультразвуковая сварка пластмасс

Выделяют и недостатки:

• Малая мощность излучателя заставляет подводить энергию с двух сторон.
• Сложность контроля качества шва.

Качество соединения стильно зависит от точности подбора и стабильности параметров установки во время работы.

Особенности сваривания полимеров с использованием ультразвука

Для соединения пластмасс ультразвуком используется специализированное оборудование. Его основные компоненты следующие:

• Рама, на которой закреплены все основные узлы и детали.
• Блок питания.
• Система управления.
• Генератор ультразвука
• Привод давления.
• Преобразователь колебаний.
• Сварочная головка.

В промышленных моделях существует также рабочий стол с механизмом подачи деталей.

Используемое оборудование

Учитывая высокую стоимость аппарата УЗ-сварки, многие домашние мастера подумывают о самостоятельном изготовлении установки.

К сожалению, это не сварочный трансформатор и даже не выпрямитель, и для проектирования и создания аппарата потребуются серьезные знания и навыки в области акустики и электроники.

Кроме того, для изготовления деталей излучателя и волновода нужны станки высокого класса точности, недоступные в домашних условиях.

Пресс для ультразвуковой сварки

Оборудование для ультразвуковой сварки разделяют на три категории:

• точеное;
• шовное;
• шовно–шаговое.

Диапазон мощности — 50 ватт до 2 киловатт, рабочая частота в районе 20-22 килогерц

Основной узел установки ультразвуковой сварки — генератор колебаний и преобразователь электрических колебаний в механические той же частоты.

Механические колебания ультразвукового генератора преобразуются магнитострикционным преобразователем. Для отведения излишнего тепла используется водяная система охлаждения

Волновой трансформатор согласует параметры взаимодействия преобразователя и волновода. Он повышает частоту колебаний на выходе волновода.

Волновод транспортирует энергетический поток к месту сваривания. На его рабочем окончании смонтирована сменная сварочная головка. Ее геометрические параметры выбирают, исходя из материала заготовки, его толщины и вида шва. Так, для приваривания выводов микросхем берут головку, заканчивающуюся тонким жалом.

Волновод

Опорная рама служит для размещения всех узлов и деталей. На ней также монтируется механизм перемещения заготовки или головки волновода.

Параметры сварочного оборудования

Чтобы получить прочный и долговечный шов, необходимо точно рассчитать и тщательно соблюдать параметры работы аппарата. Они зависят от типа материала заготовок, его толщины, требований к прочности шва.

Точная настройка параметров для каждого нового изделия проводится в лабораторных условиях, с многократными испытаниями на разрушение соединения.

Наилучшее сочетание параметров фиксируется и используется в производственном процессе.

К основным параметрам относят:

• Амплитуда колебаний. Определяет поток энергии и время операции.
• Усилие прижима. От него зависит прочность шва.
• Частота работы генератора.
• Статическое давление. Определяется амплитудой механических колебаний.
• Продолжительность и скважность импульсов. Также определяет продолжительность операции.

К вспомогательным параметрам относят температуру начального прогрева для заготовок большой толщины, возвышение сварной головки над заготовкой и некоторые другие.

Установка для точечной сварки ультразвуком

Выделение тепла при сварке ультразвуком

Тепло, выделяющееся при проведении сварочных работ, образуется вследствие пластических деформаций, а также механического трения свариваемых поверхностей.

Температура нагрева не является неизменной, она определяется физико-механическими характеристиками: твердостью, теплоемкостью и теплопроводностью. Влияет также и пространственная конфигурация заготовок.

Влияние этого тепла на протекание технологического процесса незначительно.

Возможности ультразвука

Использование ультразвука дает возможность прочно и долговечно соединять различные, даже сильно отличающиеся друг от друга материалы толщиной от нескольких микрон до нескольких миллиметров. При использовании ультразвука к минимуму сводятся искажения формы свариваемых заготовок.

Использование точечных швов дает возможность с высокой скоростью выполнить соединение на больших площадях. Шаг точек подбирается исходя из толщины заготовок и требований к прочности шва.

В областях изделия, подвергающихся высоким напряжениям, шаг уменьшают. Применение роликовых насадок на излучатель позволяет выполнять сплошные герметичные швы любой конфигурации.

Такие соединения применяются в упаковочных изделиях и надувных конструкциях.

Ограничены возможности метода по работе со сверхтонкими материалами. Вследствие высокой скорости работы, экологической безопасности и обеспечения нормальных условий труду персонала, популярность ультразвука продолжает расти.

Сферы использования ультразвуковой сварки

Области применения ультразвука для создания сварных соединений определяются исходя из характерных особенностей технологии:

• соединяемые материалы должны быть пластичными;
• их размеры ограничены, прежде всего — толщина;
• температура нагрева намного ниже, чем при использовании «горячих» сварочных технологий.

Применение ультразвуковой сварки в производстве стройматериаловИспользование ультразвуковой швейной машины

Технология проучила широкое распространение в следующих областях:

• приборостроение;
• электроника;
• производство пластиковых оболочек;
• выпуск пластмассовых изделий.

Применяется метод и в других отраслях для присоединения малогабаритных деталей к крупным.

Ограничения

Основное ограничение, накладываемое на применимость технологии – это размер свариваемых заготовок. Он ограничен 25-30 см.

Это обуславливается малой мощностью генератора и высоким затуханием и рассеянием ультразвуковых колебаний в твердой среде.

При прямом увеличении мощности и амплитуды колебаний потребуется непропорциональное увеличение размеров установки и потребляемой мощности. Это сведет на нет все экономические преимущества метода.

Кроме того, материалы, свариваемые ультразвуком, должны иметь минимальную влажность, причем ка на поверхности, таки по всему объему. Если этого невозможно добиться, то следует использовать другие технологии.

Процесс ультразвуковой сварки металла

Использование сваривания ультразвуком не имеет экономического смысла и для толстостенных изделий.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Услуги и стоимость резки металлов — лазерная, плазменная, ультразвуковая, гидроабразивная

Резка материалов с помощью станочного оборудования ― один из основных методов обработки сырья для последующего производства изделий и конструкций. Существует широкий выбор различных технологий резки, которые хоть и имеют общую область применения, но отличаются по подходу, характеристикам, эффективности и, конечно, стоимости.

С помощью этих технологий можно обрабатывать различные виды металла, древесину, бетон и другие материалы. Разберем четыре основные технологии резки материалов ― лазерную, плазменную, ультразвуковую, гидроабразивную.

Сразу нужно сказать, что точную стоимость лазерной резки металла и другую подобную информацию из этой статьи Вы не узнаете — не только по причине переменчивости условий рынка.

Стоимость резки металлов можно узнать только при личном обращении к специалистам, поскольку цена может быть привязана к географии.

Ультразвуковая резка

Данная технология резки материалов заметно отличается от всех остальных, конкурирующих технологий. Технология предусматривает в качестве основного источника воздействия на материал энергию — именно ультразвук. Если в других технологиях присутствует определенный режущий элемент, то тут мы имеем дело лишь с энергией.

С ультразвуковым оборудованием нам не понадобится заточка режущих граней и приложение существенных усилий, как это происходит с остальными технологиями резки материалов. Также ультразвуковая резка металла позволяет обходиться без шума, дыма, газов и последующей уборки стружки с рабочего места.

Кроме того, воздействие ультразвука не оставляет на поверхности обрабатываемого материала сожженные края, не будет проникновения влаги в материал (чего не может обещать гидроабразивная резка металла).

Прайс на услуги ультразвуковой обработки материалов будет куда меньше остальных технологий — это еще один важный плюс данной технологии.

Ультразвук также помогает эффективно бороться с ржавчиной, осуществлять гравировку металла, резьбу по дереву, разметку металлических поверхностей и другие процессы. Ультразвуком можно управлять как в ручном режиме, так и в виде автоматизированной установки.

Гидроабразивная резка

И, наконец, гидроабразивная резка материалов предусматривает в качестве основного режущего инструмента струю воды. Это может быть и только одна вода, и смесь из воды и абразивных материалов. Струя под высоким давлением и высокой скоростью направляется на обрабатываемый материал, в результате чего его частицы просто-напросто отрываются и уносятся из полости реза.

Гидроабразивная резка требует четкой настройки оборудования. Нужно подобрать оптимальные параметры давления, расхода воды, размер частицы абразива и другие характеристики, чтобы гарантировать устойчивое и эффективное воздействие струи на материал.

Стоит отметить, что технология гидроабразивной обработки материалов «подсказана» человеку самой природой — это называется водной эрозией. Услуги по гидроабразивной резке металла будут оптимальным решением для Вас, если Вы ищете возможность отказаться от термического воздействия на материалы.

Поделитесь со своими друзьями в соцсетях ссылкой на этот материал (нажмите на иконки):

Ультразвуковая обработка: технология, преимущества и недостатки

Металлообрабатывающая промышленность на данном этапе развития способна решать сложные задачи резки и сверления заготовок разной степени твердости.

Это стало возможно благодаря освоению принципиально новых способов воздействия на материал, среди которых и широкая группа электромеханических методов.

Одной из наиболее эффективных технологий данного типа является ультразвуковая обработка (УЗО), базирующаяся на принципах электроакустического излучения.

Принципы размерной УЗО

При размерной обработке в качестве непосредственного инструмента воздействия выступают привычные механические резчики и абразивы. Ключевое отличие этого способа заключается в источнике энергии, который приводит инструмент в действие.

В этом качестве как раз и выступает ультразвуковой генератор тока, работающий на частотах 16–30 кГц. Он провоцирует колебания тех же зерен абразива на ультразвуковой частоте, что и обеспечивает характерное качество обработки. Причем надо отметить и разнообразие видов механического воздействия.

Это не только обычный раскрой и элементы шлифования, но и деформирование структуры при сохранении ее объема. Более того, ультразвуковая размерная обработка обеспечивает минимальную выборку частиц заготовки даже при резке.

Зерна, оказывающие воздействие на материал, точечно выдалбливают микрочастицы, не влияющие на конструкцию изделия. По сути, разрушение структуры путем выборки не происходит, однако может иметь место бесконтрольное распространение трещин.

По качеству обработки ультразвуковой и плазменный способы имеют много схожих черт, обеспечивая возможность высокоточного раскроя. Но также между ними есть существенная разница в принципе работы.

Так, если УЗО предполагает интенсивное воздействие на абразивный порошок со стороны торцовочного инструмента при энергетической поддержке электрического волнового генератора, то метод плазменной обработки в качестве рабочей среды использует ионизированный газ, заряженный ионами и электронами.

То есть технологии ультразвуковой и плазменной обработки одинаково требуют поддержки достаточно мощного генератора энергии. В первом случае это ультразвуковой электрический аппарат, а во втором – высокотемпературные газовые или изотермические установки, способные довести температурный режим рабочей среды до 16 000 °C.

Важным компонентом плазменной обработки является применение электродов и плазмообразующих веществ, обеспечивающих высокую мощность направляемой дуги резчика.

Аппараты для ультразвуковой обработки

Теперь стоит подробнее остановиться на оборудовании, которое используется в осуществлении УЗО. На крупных производствах для таких целей применяют станки, обеспеченные генераторной установкой для выработки переменного тока ультразвуковой частоты.

Генерируемый ток направляется в обмотку магнитного преобразователя, который, в свою очередь, создает электромагнитное поле для рабочего органа установки. Ультразвуковая обработка начинается с того, что пуансон станка начинает вибрировать, находясь в среде электромагнитного поля.

Частоты этой вибрации задает генератор исходя из установленных параметров, которые требуются в конкретном случае.

И на заключительном ответственном этапе пуансон воздействует на абразивный порошок через направляемые по волноводу-конденсатору колебания. Причем масштабы и мощность обработки могут быть разными.

На рассмотренном оборудовании выполняется промышленная металлообработка с формовкой массивных конструкций, но также существуют и компактные приборы с аналогичным принципом действия, на которых выполняется высокоточная гравировка.

Техника выполнения размерной УЗО

После установки оборудования и подготовки целевого материала выполняется подача абразивной суспензии в зону проведения операции – то есть в пространство между поверхностью изделия и колеблющимся торцом.

К слову, в качестве самого абразива обычно применяются карбиды кремния или бора. На автоматизированных линиях вода используется для доставки порошка и охлаждения.

Непосредственно ультразвуковая обработка металлов заключается в двух операциях:

• Ударное внедрение частиц абразива в намеченную поверхность заготовки, в результате чего формируется сеть микротрещин и происходит выкалывание микрочастиц изделия.
• Циркуляция абразивного материала в зоне обработки – использованные зерна сменяются потоками новых частиц.

Важным условием эффективности всего процесса является поддержание высокого темпа при выполнении обеих процедур до завершения цикла. В ином случае происходит изменение параметров обработки и снижается точность направления абразива.

Характеристики процесса

Предварительно устанавливаются параметры обработки, оптимальные для конкретной задачи. Учитывается и конфигурация механического воздействия, и свойства материала заготовки. Усредненные характеристики ультразвуковой обработки можно представить так:

• Частотный диапазон генератора тока – от 16 до 30 кГц.
• Амплитуда колебания пуансона или его рабочего инструмента – нижний спектр в начале операции составляет от 2 до 10 мкм, а верхний уровень может достигать 60 мкм.
• Насыщенность абразивной суспензии – от 20 до 100 тыс. зерен на 1 см куб.
• Диаметр абразивных элементов – от 50 до 200 мкм.

Варьирование этих показателей позволяет выполнять не только индивидуальную высокоточную линейную обработку, но и аккуратно формировать сложные пазы и вырезы. Во многом работа со сложными геометрическими формами стала возможной и благодаря совершенству характеристик пуансонов, которые могут воздействовать на абразивный состав в разных моделях с тонкой надстройкой.

Снятие заусенцев посредством УЗО

Данная операция основывается на увеличении кавитационной и эрозийной активности акустического поля при внесении в абразивный поток сверхмалых частиц от 1 мкм. Данный размер сопоставим с радиусом воздействия ударной звуковой волны, что позволяет разрушать слабые зоны заусениц. Рабочий процесс организуется в специальной жидкостной среде с глицериновой смесью.

В качестве емкости также используется специальная оснастка – фитомиксер, в стакане которого находятся взвешенные абразивы и рабочая деталь. Как только на рабочую среду подается акустическая волна, начинается беспорядочное движение абразивных частиц, которые воздействуют на поверхности заготовки.

Мелкие зерна карбида кремния и электрокорунда в смеси из воды и глицерина обеспечивают эффективное удаление заусенцев размером до 0,1 мм. То есть ультразвуковая обработка обеспечивает аккуратное и высокоточное снятие микродефектов, которые могли остаться даже после традиционной механической шлифовки.

Если речь идет о крупных заусенцах, то есть смысл повысить интенсивность процесса, добавив в емкость химические элементы наподобие медного купороса.

Очистка деталей с помощью УЗО

На поверхностях рабочих металлических заготовок могут присутствовать разного рода покрытия и загрязнения, которые не допускается в силу тех или иных причин удалять традиционной абразивной зачисткой. В этом случае также используется технология кавитационной ультразвуковой обработки в жидкостной среде, но с рядом отличий от предыдущего метода:

• Частотный диапазон будет варьироваться от 18 до 35 кГц.
• В качестве жидкостной среды применяются органические растворители наподобие фреона и этилового спирта.
• Для поддержания устойчивого кавитационного процесса и надежной фиксации заготовки требуется установка резонансного режима работы фитомиксера, жидкостный столб в котором будет соответствовать половине длины ультразвуковой волны.

Алмазное сверление при поддержке ультразвука

Метод предусматривает использование вращающегося алмазного инструмента, который приводится в действие ультразвуковыми колебаниями. Энергетические затраты на процесс обработки превышают объем требуемых ресурсов при традиционных способах механического воздействия, достигая 2000 Дж/мм3.

Данная мощность позволяет выполнять сверление диаметром до 25 мм на скорости от 0,5 мм/мин. Также ультразвуковая обработка материалов сверлением требует использования охлаждающей жидкости в больших объемах до 5 л/мин.

Потоками жидкости производится и вымывание с поверхностей оснастки и заготовки мелкодисперсного порошка, образуемого при разрушении абразива.

Технологический процесс находится под контролем оператора, который отслеживает параметры воздействующих колебаний. В частности, это относится к амплитуде колебаний, скорости звука, а также интенсивности подачи тока. С помощью этих данных обеспечивается контроль рабочей среды и воздействия абразивного материала на заготовку.

Данная возможность особенно важна при ультразвуковой обработке инструментов, когда в одном технологическом процессе может использоваться несколько режимов работы оборудования.

Наиболее прогрессивные методы контроля предполагают участие автоматических средств изменения параметров обработки на основе показаний датчиков, фиксирующих параметры изделия.

Преимущества ультразвуковой технологии

Использование технологии УЗО дает целый ряд преимуществ, который проявляются в разной степени в зависимости от конкретного способа ее реализации:

• Производительность процесса обработки возрастает в несколько раз.
• Износ применяемого инструмента для ультразвукового метода обработки сокращается в 8-10 раз по сравнению с обычными способами механической обработки.
• При сверлении увеличиваются параметры обработки по глубине и диаметру.
• Повышается точность механического воздействия.

Недостатки технологии

Широкому применению данного метода пока препятствует и ряд недостатков. В основном они связаны с технологической сложностью организации процесса.

Кроме того, ультразвуковая обработка деталей требует обеспечения дополнительных операций, среди которых доставка абразивного материала к рабочей зоне и подключение оборудования для водяного охлаждения. Эти факторы могут повышать и стоимость работ. При обслуживании промышленных процессов возрастают и энергетические затраты.

Дополнительные ресурсы требуются не только на обеспечение функции основных агрегатов, но также и на функционирование систем предохранения и токосъемников, передающих электрические сигналы.

Заключение

Внедрение в металлообрабатывающие процессы технологии ультразвуковой абразивной обработки было обусловлено ограничениями в использовании традиционных методов резки, сверления, обточки и т. д.

В отличие от обычного токарного станка ультразвуковая обработка металлов способна эффективно справляться с материалами повышенной твердости. Применение этой технологии позволило выполнять операции обработки закаленной стали, титано-карбидных сплавов, вольфрамосодержащих изделий и т. д.

При этом гарантируется высокая точность механического воздействия с минимальным повреждением структуры, находящейся в рабочей зоне.