Ultrazvukové obrábění a rotační ultrazvukové obrábění a ultrazvukové nárazové broušení

Another popular NON-CONVENTIONAL MACHINING technique we frequently use is ULTRASONIC MACHINING (UM), also widely known as ULTRASONIC RÁZOVÉ BRUŠENÍ, kdy je materiál odstraňován z povrchu obrobku mikroštípáním a erozí abrazivními částicemi pomocí vibračního nástroje kmitajícího na ultrazvukových frekvencích, kterému pomáhá brusná kaše, která volně proudí mezi obrobkem a nástrojem. Liší se od většiny ostatních konvenčních obráběcích operací, protože vzniká velmi málo tepla. Špička ultrazvukového obráběcího nástroje se nazývá „sonotroda“, která vibruje při amplitudách 0,05 až 0,125 mm a frekvencích kolem 20 kHz. Vibrace hrotu přenášejí vysoké rychlosti na jemná brusná zrna mezi nástrojem a povrchem obrobku. Nástroj se nikdy nedotýká obrobku, a proto je brusný tlak zřídka větší než 2 libry. Tento pracovní princip dělá tuto operaci perfektní pro obrábění extrémně tvrdých a křehkých materiálů, jako je sklo, safír, rubín, diamant a keramika. Brusná zrna jsou umístěna ve vodní kaši s koncentrací mezi 20 až 60 % objemu. Kaše také působí jako nosič úlomků pryč z oblasti řezání/obrábění. Jako brusná zrna používáme převážně karbid boru, oxid hlinitý a karbid křemíku s velikostí zrna od 100 pro hrubovací procesy do 1000 pro naše dokončovací procesy. Technika ultrazvukového obrábění (UM) je nejvhodnější pro tvrdé a křehké materiály, jako je keramika a sklo, karbidy, drahé kameny, kalené oceli. Povrchová úprava ultrazvukového obrábění závisí na tvrdosti obrobku/nástroje a středním průměru použitých brusných zrn. Hrot nástroje je obecně z nízkouhlíkové oceli, niklu a měkkých ocelí připojených k převodníku přes držák nástroje. Proces ultrazvukového obrábění využívá plastickou deformaci kovu pro nástroj a křehkost obrobku. Nástroj vibruje a tlačí dolů na brusnou kaši obsahující zrna, dokud zrna nenarazí na křehký obrobek. Během této operace se obrobek rozpadne, zatímco nástroj se velmi mírně ohne. Pomocí jemných brusiv můžeme dosáhnout rozměrových tolerancí 0,0125 mm a ještě lépe pomocí ultrazvukového obrábění (UM). Doba obrábění závisí na frekvenci, s jakou nástroj vibruje, na velikosti zrna a tvrdosti a na viskozitě suspenzní kapaliny. Čím méně viskózní je kalová kapalina, tím rychleji může odvádět použité abrazivo. Velikost zrna musí být stejná nebo větší než tvrdost obrobku. Jako příklad můžeme obrábět více zarovnaných otvorů o průměru 0,4 mm na skleněném pásu o šířce 1,2 mm ultrazvukovým obráběním.

 

 

 

Pojďme trochu do fyziky procesu ultrazvukového obrábění. Mikročipování v ultrazvukovém obrábění je možné díky vysokému napětí způsobenému částicemi narážejícími na pevný povrch. Doby kontaktu mezi částicemi a povrchy jsou velmi krátké a řádově 10 až 100 mikrosekund. Doba kontaktu může být vyjádřena jako:

 

do = 5r/Co x (Co/v) exp 1/5

 

Zde r je poloměr kulové částice, Co je rychlost elastické vlny v obrobku (Co = sqroot E/d) a v je rychlost, kterou částice dopadá na povrch.

 

Síla, kterou částice působí na povrch, se získá z rychlosti změny hybnosti:

 

F = d(mv)/dt

 

Zde m je hmotnost zrna. Průměrná síla částic (zrn) narážejících a odrážejících se od povrchu je:

 

Favg = 2 mv / to

 

Zde je čas kontaktu. Když do tohoto výrazu zapojíme čísla, vidíme, že i když jsou části velmi malé, protože kontaktní plocha je také velmi malá, síly a tím i napětí jsou výrazně vysoké, aby způsobily mikročipy a erozi.

 

 

 

ROTAČNÍ ULTRAZVUKOVÉ OBRÁBĚNÍ (RUM): Tato metoda je variací ultrazvukového obrábění, kdy brusnou kaši nahradíme nástrojem, který má diamantová brusiva vázaná na kov, která byla buď impregnována nebo galvanicky pokovena na povrchu nástroje. Nástroj se otáčí a ultrazvukově vibruje. Obrobek přitlačujeme stálým tlakem proti rotujícímu a vibrujícímu nástroji. Rotační ultrazvukový proces obrábění nám dává možnosti, jako je vytváření hlubokých děr v tvrdých materiálech při vysokých rychlostech úběru materiálu.

 

 

 

Vzhledem k tomu, že využíváme řadu konvenčních i nekonvenčních výrobních technik, můžeme vám být nápomocni, kdykoli budete mít dotazy týkající se konkrétního produktu a nejrychlejšího a nejekonomičtějšího způsobu výroby a výroby.