Xử lý siêu âm: công nghệ, ưu nhược điểm

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Ngành công nghiệp gia công kim loại ở giai đoạn phát triển này có khả năng giải quyết các công việc phức tạp như cắt và khoan các phôi có độ cứng khác nhau. Điều này trở nên khả thi do sự phát triển của các cách thức mới về cơ bản để tác động đến vật liệu, bao gồm một nhóm rộng rãi các phương pháp cơ điện. Một trong những công nghệ hiệu quả nhất của loại hình này là xử lý siêu âm (UZO), dựa trên các nguyên tắc của bức xạ âm điện.

Nguyên tắc về chiều RCD

Trong quá trình gia công kích thước, máy cắt và mài mòn cơ khí thông thường hoạt động như một công cụ ảnh hưởng trực tiếp. Sự khác biệt chính trong phương pháp này nằm ở nguồn năng lượng cung cấp năng lượng cho công cụ. Với công suất này, bộ tạo dòng điện siêu âm hoạt động ở tần số 16–30 kHz. Anh ấy khiêu khíchdao động của các hạt mài giống nhau ở tần số siêu âm, đảm bảo chất lượng gia công đặc trưng. Hơn nữa, cần lưu ý sự đa dạng của các loại tác động cơ học. Đây không chỉ là các yếu tố cắt và mài thông thường, mà còn là sự biến dạng của cấu trúc trong khi vẫn giữ nguyên khối lượng của nó. Hơn nữa, định cỡ siêu âm đảm bảo rằng các hạt của phôi được giữ ở mức tối thiểu ngay cả trong quá trình cắt. Các hạt ảnh hưởng đến vật liệu rải rác ra các vi hạt không ảnh hưởng đến thiết kế của sản phẩm. Trên thực tế, không có sự phá hủy cấu trúc bằng cách lấy mẫu, tuy nhiên, sự lan truyền không kiểm soát của các vết nứt có thể xảy ra.

Khác biệt so với công nghệ plasma

Về chất lượng gia công, phương pháp siêu âm và plasma có nhiều đặc điểm giống nhau, mang lại khả năng cắt chính xác cao. Nhưng giữa họ cũng có sự khác biệt đáng kể về nguyên tắc làm việc. Vì vậy, nếu UZO liên quan đến một tác động mạnh lên bột mài mòn từ mặt bên của dụng cụ cắt tỉa với sự hỗ trợ năng lượng của máy phát sóng điện, thì phương pháp xử lý plasma sử dụng khí ion mang các ion và electron làm môi trường làm việc. Có nghĩa là, các công nghệ xử lý siêu âm và plasma đều đòi hỏi sự hỗ trợ của một máy phát năng lượng đủ mạnh. Trong trường hợp đầu tiên, đây là thiết bị điện siêu âm, và trong trường hợp thứ hai, lắp đặt khí nhiệt độ cao hoặc đẳng nhiệt có khả năng đưa chế độ nhiệt độ của môi trường làm việc lên 16.000 ° C. Một thành phần quan trọng của điều trị huyết tương là sử dụng điện cực và plasmacác chất cung cấp công suất cao của hồ quang dẫn hướng của máy cắt.

Máy điều trị bằng sóng siêu âm

Bây giờ chúng ta nên tìm hiểu chi tiết hơn về thiết bị được sử dụng trong quá trình thực hiện RCD. Trong các ngành công nghiệp lớn, với những mục đích như vậy, máy móc được sử dụng, cung cấp một tổ máy phát điện để tạo ra dòng điện xoay chiều tần số siêu âm. Dòng điện được tạo ra được dẫn đến cuộn dây của bộ biến đổi từ tính, do đó, tạo ra trường điện từ cho cơ quan làm việc của hệ thống lắp đặt. Quá trình xử lý siêu âm bắt đầu với thực tế là cú đấm của máy bắt đầu rung, nằm trong trường điện từ. Các tần số của rung động này được thiết lập bởi máy phát dựa trên các thông số cài đặt được yêu cầu trong một trường hợp cụ thể.

Quả đấm được làm bằng vật liệu từ tính (hợp kim của sắt, niken và coban) có thể thay đổi theo các kích thước tuyến tính dưới tác dụng của đầu dò từ tính. Và ở giai đoạn quan trọng cuối cùng, cú đấm tác động lên bột mài mòn thông qua các dao động được dẫn dọc theo tụ điện-ống dẫn sóng. Hơn nữa, quy mô và sức mạnh của quá trình xử lý có thể khác nhau. Trên các thiết bị được xem xét, gia công kim loại công nghiệp được thực hiện với sự hình thành của các cấu trúc lớn, nhưng cũng có các thiết bị nhỏ gọn có nguyên tắc hoạt động tương tự, trên đó thực hiện quá trình khắc với độ chính xác cao.

Kỹ thuật RCD

Sau khi lắp đặt thiết bị và chuẩn bịcủa vật liệu mục tiêu, bùn mài mòn được cung cấp cho khu vực hoạt động - nghĩa là, cho không gian giữa bề mặt của sản phẩm và đầu dao động. Nhân tiện, silic hoặc cacbua bo thường được sử dụng làm chất mài mòn chính nó. Trong dây chuyền tự động, nước được sử dụng để phân phối và làm mát bột. Xử lý trực tiếp siêu âm của kim loại bao gồm hai hoạt động:

• Sự xâm nhập do va chạm của các hạt mài mòn vào bề mặt dự định của phôi, do đó mạng lưới các vết nứt siêu nhỏ được hình thành và các vi hạt của sản phẩm bị thủng.
• Vòng tuần hoàn của vật liệu mài mòn trong khu chế biến - các hạt đã qua sử dụng được thay thế bằng các dòng hạt mới.

Điều kiện quan trọng để đạt được hiệu quả của cả liệu trình là duy trì nhịp độ cao trong cả hai liệu trình cho đến khi kết thúc chu trình. Nếu không, các thông số xử lý thay đổi và độ chính xác hướng mài mòn giảm.

Đặc điểm quy trình

Các thông số xử lý tối ưu cho một tác vụ cụ thể được thiết lập trước. Cả cấu hình của hoạt động cơ học và các đặc tính của vật liệu phôi đều được tính đến. Các đặc điểm trung bình của điều trị siêu âm có thể được biểu diễn như sau:

• Dải tần của máy phát hiện tại là từ 16 đến 30 kHz.
• Biên độ dao động của cú đấm hoặc công cụ làm việc của nó - phổ thấp hơn khi bắt đầu hoạt động là từ 2 đến 10 micrômet và mức trên có thể đạt 60 micrômet.
• Bùn nhám - từ 20 đến 100 nghìn.hạt trên 1 cm hình khối.
• Đường kính của các phần tử mài mòn - từ 50 đến 200 micron.

Thay đổi các thông số này không chỉ cho phép xử lý tuyến tính với độ chính xác cao riêng lẻ mà còn tạo ra chính xác các rãnh và vết cắt phức tạp. Theo nhiều cách, việc làm việc với các dạng hình học phức tạp đã trở nên khả thi do sự hoàn hảo của các đặc tính của đột lỗ, có thể ảnh hưởng đến thành phần mài mòn trong các mô hình khác nhau có cấu trúc thượng tầng mỏng.

Rụng tóc với RCD

Hoạt động này dựa trên sự gia tăng hoạt động ăn mòn và xâm thực của trường âm khi các hạt siêu nhỏ từ 1 micron được đưa vào dòng mài mòn. Kích thước này có thể so sánh với bán kính ảnh hưởng của sóng âm thanh xung kích, giúp nó có thể phá hủy các khu vực yếu của gờ. Quá trình làm việc được tổ chức trong một môi trường lỏng đặc biệt với hỗn hợp glycerin. Một thiết bị đặc biệt cũng được sử dụng như một thùng chứa - một phytomixer, trong một chiếc ly có chứa hạt mài và một bộ phận làm việc. Ngay sau khi một sóng âm được áp dụng vào môi trường làm việc, chuyển động ngẫu nhiên của các hạt mài mòn bắt đầu tác động lên bề mặt của phôi. Các hạt silic cacbua và electrocorundum mịn trong hỗn hợp nước và glycerin mang lại hiệu quả khử cặn có kích thước lên đến 0,1 mm. Đó là, xử lý bằng sóng siêu âm cung cấp khả năng loại bỏ chính xác và chính xác cao các vi khuẩn có thể còn sót lại ngay cả sau quá trình mài cơ học truyền thống. Nếu chúng ta đang nói về các gờ lớn, thì việc tăng cường độ của quá trình bằng cách thêm các nguyên tố hóa học vào thùng chứa là rất hợp lý.như màu xanh vitriol.

Làm sạch các bộ phận với RCD

Trên bề mặt của phôi kim loại đang gia công, có thể có nhiều loại lớp phủ và tạp chất khác nhau không được phép loại bỏ, vì lý do này hay lý do khác, được loại bỏ bằng cách làm sạch mài mòn truyền thống. Trong trường hợp này, công nghệ xử lý siêu âm cavitation trong môi trường lỏng cũng được sử dụng, nhưng với một số điểm khác biệt so với phương pháp trước đó:

• Dải tần số sẽ thay đổi từ 18 đến 35 kHz.
• Dung môi hữu cơ như freon và rượu etylic được sử dụng làm môi trường lỏng.
• Để duy trì quá trình tạo lỗ hổng ổn định và sự cố định đáng tin cậy của phôi, cần phải đặt chế độ hoạt động cộng hưởng của phytomixer, cột chất lỏng trong đó sẽ tương ứng với một nửa chiều dài của sóng siêu âm.

Khoan kim cương hỗ trợ bằng sóng siêu âm

Phương pháp này liên quan đến việc sử dụng một công cụ kim cương quay, được điều khiển bởi các rung động siêu âm. Chi phí năng lượng cho quá trình xử lý vượt quá khối lượng tài nguyên cần thiết với các phương pháp tác động cơ học truyền thống, đạt 2000 J / mm3. Sức mạnh này cho phép bạn khoan với đường kính lên đến 25 mm với tốc độ 0,5 mm / phút. Ngoài ra, quá trình xử lý vật liệu bằng sóng siêu âm bằng cách khoan đòi hỏi phải sử dụng chất làm mát với khối lượng lớn lên đến 5 l / phút. Dòng chất lỏng cũng rửa trôi bột mịn khỏi bề mặt của dụng cụ và phôi,được hình thành trong quá trình phá hủy chất mài mòn.

Kiểm soát hiệu suất RCD

Quy trình công nghệ nằm dưới sự kiểm soát của người vận hành, người giám sát các thông số của dao động tác động. Đặc biệt, điều này áp dụng cho biên độ dao động, tốc độ âm thanh, cũng như cường độ của dòng điện. Với sự trợ giúp của dữ liệu này, việc kiểm soát môi trường làm việc và tác động của vật liệu mài mòn lên phôi được đảm bảo. Tính năng này đặc biệt quan trọng trong xử lý siêu âm thiết bị, khi một số chế độ vận hành thiết bị có thể được sử dụng trong một quy trình công nghệ. Các phương pháp kiểm soát tiến bộ nhất liên quan đến sự tham gia của các phương tiện tự động thay đổi các thông số xử lý dựa trên kết quả đọc của các cảm biến ghi lại các thông số của sản phẩm.

Ưu điểm của công nghệ sóng siêu âm

Việc sử dụng công nghệ RCD mang lại một số lợi thế, những ưu điểm này thể hiện ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào phương pháp thực hiện cụ thể:

• Năng suất của quá trình gia công tăng lên nhiều lần.
• Độ mòn dụng cụ siêu âm giảm 8-10 lần so với các phương pháp gia công thông thường.
• Khi khoan, các thông số xử lý tăng chiều sâu và đường kính.
• Tăng độ chính xác của hoạt động cơ học.

Flaws of Technology

Ứng dụng rộng rãi của phương pháp này vẫn còn bị cản trở bởi một số bất cập. Chúng chủ yếu liên quan đến sự phức tạp về công nghệ của tổ chức.quá trình. Ngoài ra, quá trình xử lý siêu âm các bộ phận yêu cầu các hoạt động bổ sung, bao gồm cả việc cung cấp vật liệu mài mòn đến khu vực làm việc và kết nối thiết bị để làm mát bằng nước. Những yếu tố này cũng có thể làm tăng chi phí của tác phẩm. Khi phục vụ các quy trình công nghiệp, chi phí năng lượng cũng tăng lên. Các nguồn bổ sung được yêu cầu không chỉ để đảm bảo chức năng của các thiết bị chính mà còn cho hoạt động của hệ thống bảo vệ và bộ thu dòng truyền tín hiệu điện.

Kết

Việc đưa công nghệ mài mòn siêu âm vào quy trình gia công kim loại là do những hạn chế trong việc sử dụng các phương pháp cắt, khoan, tiện truyền thống, v.v. Không giống như máy tiện thông thường, gia công kim loại bằng sóng siêu âm có thể xử lý hiệu quả các vật liệu có độ cứng cao hơn. Việc sử dụng công nghệ này làm cho nó có thể thực hiện các hoạt động gia công trên thép cứng, hợp kim titan-cacbua, các sản phẩm chứa vonfram, v.v. Đồng thời, độ chính xác cao của tác động cơ học được đảm bảo với mức độ hư hỏng tối thiểu đối với kết cấu nằm trong quá trình làm việc. diện tích. Tuy nhiên, cũng như trường hợp của các công nghệ tiên tiến khác như cắt plasma, xử lý bằng tia laser và tia nước, vẫn còn những vấn đề về tổ chức và kinh tế khi sử dụng các phương pháp gia công kim loại như vậy.