Pemrosesan ultrasonik: teknologi, kelebihan dan kekurangan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Industri pengerjaan logam pada tahap pengembangan ini mampu menyelesaikan tugas kompleks pemotongan dan pengeboran benda kerja dengan berbagai tingkat kekerasan. Ini menjadi mungkin karena pengembangan cara-cara baru yang fundamental untuk mempengaruhi material, termasuk kelompok luas metode elektromekanis. Salah satu teknologi yang paling efektif dari jenis ini adalah pemrosesan ultrasonik (UZO), berdasarkan prinsip radiasi elektroakustik.

Prinsip RCD dimensi

Selama pemrosesan dimensi, pemotong mekanis dan abrasif biasa bertindak sebagai alat pengaruh langsung. Perbedaan utama dalam metode ini terletak pada sumber energi yang menggerakkan alat tersebut. Dalam kapasitas ini, generator arus ultrasonik beroperasi pada frekuensi 16-30 kHz. Dia memprovokasiosilasi dari butiran abrasif yang sama pada frekuensi ultrasonik, yang memastikan kualitas karakteristik pemrosesan. Selain itu, perlu dicatat berbagai jenis tindakan mekanis. Ini bukan hanya elemen pemotongan dan penggilingan biasa, tetapi juga deformasi struktur sambil mempertahankan volumenya. Terlebih lagi, ukuran ultrasonik memastikan bahwa partikel benda kerja dijaga agar tetap minimum bahkan selama pemotongan. Butir-butir yang mempengaruhi bahan bertitik mikropartikel yang tidak mempengaruhi desain produk. Sebenarnya, tidak ada kerusakan struktur dengan pengambilan sampel, namun perambatan retak yang tidak terkendali dapat terjadi.

Perbedaan dari teknologi plasma

Dalam hal kualitas pemrosesan, metode ultrasonik dan plasma memiliki banyak fitur serupa, memberikan kemungkinan pemotongan presisi tinggi. Tetapi juga di antara mereka ada perbedaan yang signifikan dalam prinsip kerja. Jadi, jika UZO melibatkan dampak intens pada bubuk abrasif dari sisi alat pemangkasan dengan dukungan energi generator gelombang listrik, maka metode pemrosesan plasma menggunakan gas terionisasi yang diisi dengan ion dan elektron sebagai media kerja. Artinya, teknologi pemrosesan ultrasonik dan plasma sama-sama membutuhkan dukungan generator energi yang cukup kuat. Dalam kasus pertama, ini adalah peralatan listrik ultrasonik, dan dalam kasus kedua, instalasi gas atau isotermal suhu tinggi yang mampu membawa rezim suhu media kerja ke 16.000 °C. Komponen penting dari perawatan plasma adalah penggunaan elektroda dan plasmazat yang memberikan daya tinggi dari busur terpandu pemotong.

Mesin Perawatan Ultrasonik

Sekarang ada baiknya membahas lebih detail tentang peralatan yang digunakan dalam implementasi RCD. Dalam industri besar, untuk tujuan tersebut, mesin digunakan, dilengkapi dengan generator set untuk menghasilkan arus bolak-balik frekuensi ultrasonik. Arus yang dihasilkan diarahkan ke belitan konverter magnetik, yang, pada gilirannya, menciptakan medan elektromagnetik untuk badan kerja instalasi. Pemrosesan ultrasonik dimulai dengan fakta bahwa pukulan mesin mulai bergetar, berada di medan elektromagnetik. Frekuensi getaran ini diatur oleh generator berdasarkan parameter yang ditetapkan yang diperlukan dalam kasus tertentu.

Pukulan terbuat dari bahan magnetostriktif (paduan besi, nikel, dan kob alt) yang dapat berubah dalam dimensi linier di bawah aksi transduser magnetik. Dan pada tahap kritis terakhir, pukulan bekerja pada bubuk abrasif melalui osilasi yang dipandu sepanjang kapasitor pandu gelombang. Selain itu, skala dan kekuatan pemrosesan bisa berbeda. Pada peralatan yang dipertimbangkan, pengerjaan logam industri dilakukan dengan pembentukan struktur masif, tetapi ada juga perangkat kompak dengan prinsip operasi serupa, di mana pengukiran presisi tinggi dilakukan.

Teknik RCD Dimensi

Setelah memasang peralatan dan mempersiapkandari bahan target, bubur abrasif disuplai ke area operasi - yaitu, ke ruang antara permukaan produk dan ujung berosilasi. Omong-omong, silikon atau boron karbida biasanya digunakan sebagai bahan abrasif itu sendiri. Dalam jalur otomatis, air digunakan untuk pengiriman bubuk dan pendinginan. Pemrosesan logam ultrasonik secara langsung terdiri dari dua operasi:

• Dampak penetrasi partikel abrasif ke permukaan benda kerja yang diinginkan, sebagai akibatnya jaringan retakan mikro terbentuk dan partikel mikro produk tertusuk.
• Sirkulasi bahan abrasif di zona pemrosesan - butiran bekas diganti dengan aliran partikel baru.

Kondisi penting untuk efektivitas keseluruhan proses adalah mempertahankan kecepatan tinggi di kedua prosedur hingga akhir siklus. Jika tidak, parameter pemrosesan berubah dan akurasi arah abrasif berkurang.

Karakteristik proses

Parameter pemrosesan yang optimal untuk tugas tertentu telah ditentukan sebelumnya. Baik konfigurasi aksi mekanis dan sifat bahan benda kerja diperhitungkan. Karakteristik rata-rata perawatan ultrasonik dapat direpresentasikan sebagai berikut:

• Rentang frekuensi generator saat ini adalah dari 16 hingga 30 kHz.
• Amplitudo osilasi punch atau alat kerjanya - spektrum bawah pada awal operasi adalah dari 2 hingga 10 mikron, dan level atas dapat mencapai 60 mikron.
• Saturasi bubur abrasif - dari 20 hingga 100 ribu.butir per 1 cm kubus.
• Diameter elemen abrasif - dari 50 hingga 200 mikron.

Memvariasikan parameter ini memungkinkan tidak hanya pemrosesan linier presisi tinggi individual, tetapi juga pembentukan alur dan potongan yang kompleks secara akurat. Dalam banyak hal, bekerja dengan geometri kompleks menjadi mungkin karena kesempurnaan karakteristik punch, yang dapat mempengaruhi komposisi abrasif pada model yang berbeda dengan superstruktur yang tipis.

Deburring dengan RCD

Operasi ini didasarkan pada peningkatan kavitasi dan aktivitas erosif dari medan akustik ketika partikel ultra-kecil dari 1 mikron dimasukkan ke dalam aliran abrasif. Ukuran ini sebanding dengan radius pengaruh gelombang suara kejut, yang memungkinkan untuk menghancurkan area gerinda yang lemah. Proses kerja diatur dalam media cair khusus dengan campuran gliserin. Peralatan khusus juga digunakan sebagai wadah - phytomixer, di dalam gelas yang ditimbang abrasive dan bagian yang berfungsi. Segera setelah gelombang akustik diterapkan ke media kerja, gerakan acak partikel abrasif dimulai, yang bekerja pada permukaan benda kerja. Butiran halus silikon karbida dan elektrokorundum dalam campuran air dan gliserin menghasilkan deburring yang efektif hingga ukuran 0,1 mm. Artinya, perawatan ultrasonik memberikan penghilangan cacat mikro yang akurat dan presisi tinggi yang dapat tetap ada bahkan setelah penggilingan mekanis tradisional. Jika kita berbicara tentang gerinda besar, maka masuk akal untuk meningkatkan intensitas proses dengan menambahkan elemen kimia ke wadahseperti vitriol biru.

Membersihkan bagian dengan RCD

Pada permukaan benda kerja logam, mungkin ada berbagai jenis pelapis dan kotoran yang tidak boleh, karena satu dan lain alasan, dihilangkan dengan pembersihan abrasif tradisional. Dalam hal ini juga digunakan teknologi pengolahan ultrasonik kavitasi dalam media cair, namun dengan beberapa perbedaan dari metode sebelumnya:

• Rentang frekuensi akan bervariasi dari 18 hingga 35 kHz.
• Pelarut organik seperti freon dan etil alkohol digunakan sebagai media cair.
• Untuk mempertahankan proses kavitasi yang stabil dan fiksasi benda kerja yang andal, perlu untuk mengatur mode operasi resonansi phytomixer, kolom cair yang akan sesuai dengan setengah panjang gelombang ultrasonik.

Pengeboran berlian didukung oleh ultrasound

Metode ini melibatkan penggunaan alat berlian berputar, yang digerakkan oleh getaran ultrasonik. Biaya energi untuk proses perawatan melebihi volume sumber daya yang dibutuhkan dengan metode mekanis tradisional, mencapai 2000 J/mm3. Kekuatan ini memungkinkan Anda untuk mengebor dengan diameter hingga 25 mm dengan kecepatan 0,5 mm/menit. Selain itu, pemrosesan bahan ultrasonik dengan pengeboran memerlukan penggunaan cairan pendingin dalam volume besar hingga 5 l/mnt. Aliran fluida juga membersihkan serbuk halus dari permukaan perkakas dan benda kerja,terbentuk selama penghancuran abrasive.

Kontrol kinerja RCD

Proses teknologi berada di bawah kendali operator, yang memantau parameter getaran kerja. Secara khusus, ini berlaku untuk amplitudo osilasi, kecepatan suara, serta intensitas suplai arus. Dengan bantuan data ini, kontrol lingkungan kerja dan dampak bahan abrasif pada benda kerja dipastikan. Fitur ini sangat penting dalam pemrosesan ultrasonik instrumen, ketika beberapa mode operasi peralatan dapat digunakan dalam satu proses teknologi. Metode kontrol yang paling progresif melibatkan partisipasi sarana otomatis untuk mengubah parameter pemrosesan berdasarkan pembacaan sensor yang merekam parameter produk.

Kelebihan teknologi ultrasonik

Penggunaan teknologi RCD memberikan sejumlah keuntungan, yang terwujud dalam berbagai tingkat tergantung pada metode spesifik penerapannya:

• Produktivitas proses pemesinan meningkat beberapa kali lipat.
• Keausan pahat ultrasonik berkurang 8-10 kali lipat dibandingkan dengan metode pemesinan konvensional.
• Saat mengebor, parameter pemrosesan meningkat dalam kedalaman dan diameter.
• Meningkatkan akurasi aksi mekanis.

Kelemahan teknologi

Penerapan metode ini secara luas masih terkendala oleh sejumlah kekurangan. Mereka terutama terkait dengan kompleksitas teknologi organisasi.proses. Selain itu, pemrosesan suku cadang ultrasonik memerlukan operasi tambahan, termasuk pengiriman bahan abrasif ke area kerja dan koneksi peralatan untuk pendinginan air. Faktor-faktor ini juga dapat meningkatkan biaya pekerjaan. Saat melayani proses industri, biaya energi juga meningkat. Sumber daya tambahan diperlukan tidak hanya untuk memastikan fungsi unit utama, tetapi juga untuk pengoperasian sistem proteksi dan pengumpul arus yang mengirimkan sinyal listrik.

Kesimpulan

Pengenalan teknologi abrasif ultrasonik ke dalam proses pengerjaan logam disebabkan oleh keterbatasan dalam penggunaan metode tradisional pemotongan, pengeboran, pembubutan, dll. Tidak seperti mesin bubut konvensional, pengerjaan logam ultrasonik mampu mengatasi material dengan kekerasan yang meningkat secara efektif. Penggunaan teknologi ini memungkinkan untuk melakukan operasi pemesinan pada baja yang diperkeras, paduan titanium-karbida, produk yang mengandung tungsten, dll. Pada saat yang sama, akurasi tinggi dari tindakan mekanis dijamin dengan kerusakan minimal pada struktur yang terletak di tempat kerja. daerah. Namun, seperti halnya dengan teknologi inovatif lainnya seperti pemotongan plasma, pemrosesan laser dan waterjet, masih ada masalah ekonomi dan organisasi saat menggunakan metode pemrosesan logam tersebut.