Ultrazvukové obrábanie a rotačné ultrazvukové obrábanie a ultrazvukové nárazové brúsenie

Another popular NON-CONVENTIONAL MACHINING technique we frequently use is ULTRASONIC MACHINING (UM), also widely known as ULTRASONIC RÁZOVÉ BRÚSENIE, pri ktorom sa materiál odstraňuje z povrchu obrobku mikroštiepaním a eróziou abrazívnymi časticami pomocou vibrujúceho nástroja oscilujúceho pri ultrazvukových frekvenciách, ktorému pomáha brúsna kaša, ktorá voľne prúdi medzi obrobkom a nástrojom. Líši sa od väčšiny ostatných konvenčných obrábacích operácií, pretože vzniká veľmi málo tepla. Špička ultrazvukového obrábacieho nástroja sa nazýva „sonotroda“, ktorá vibruje pri amplitúdach 0,05 až 0,125 mm a frekvenciách okolo 20 kHz. Vibrácie hrotu prenášajú vysoké rýchlosti na jemné brúsne zrná medzi nástrojom a povrchom obrobku. Nástroj sa nikdy nedotkne obrobku, a preto je brúsny tlak zriedka väčší ako 2 libry. Tento pracovný princíp robí túto operáciu ideálnou na obrábanie extrémne tvrdých a krehkých materiálov, ako je sklo, zafír, rubín, diamant a keramika. Brúsne zrná sú umiestnené vo vodnej kaši s koncentráciou medzi 20 až 60 % objemu. Suspenzia tiež pôsobí ako nosič úlomkov preč z oblasti rezania/obrábania. Ako brúsne zrná používame väčšinou karbid bóru, oxid hlinitý a karbid kremíka s veľkosťou zŕn od 100 pre hrubovacie procesy až po 1000 pre naše dokončovacie procesy. Technika ultrazvukového obrábania (UM) je najvhodnejšia pre tvrdé a krehké materiály ako keramika a sklo, karbidy, drahé kamene, tvrdené ocele. Povrchová úprava ultrazvukového obrábania závisí od tvrdosti obrobku/nástroja a stredného priemeru použitých brúsnych zŕn. Hrot nástroja je vo všeobecnosti z nízkouhlíkovej ocele, niklu a mäkkej ocele pripevnený k prevodníku cez držiak nástroja. Proces ultrazvukového obrábania využíva plastickú deformáciu kovu pre nástroj a krehkosť obrobku. Nástroj vibruje a tlačí dole na brúsnu kašu obsahujúcu zrná, kým zrná nenarazí na krehký obrobok. Počas tejto operácie sa obrobok rozpadne, zatiaľ čo nástroj sa veľmi mierne ohne. Použitím jemných brusív môžeme dosiahnuť rozmerové tolerancie 0,0125 mm a ešte lepšie pri ultrazvukovom obrábaní (UM). Čas obrábania závisí od frekvencie, ktorou nástroj vibruje, od veľkosti zrna a tvrdosti a od viskozity kalovej kvapaliny. Čím je suspenzia menej viskózna, tým rýchlejšie dokáže odviesť použité abrazívo. Veľkosť zrna musí byť rovnaká alebo väčšia ako tvrdosť obrobku. Ako príklad môžeme opracovať viacero zarovnaných otvorov s priemerom 0,4 mm na 1,2 mm širokom sklenenom páse s ultrazvukovým opracovaním.

 

 

 

Poďme trochu do fyziky procesu ultrazvukového obrábania. Mikročipovanie pri ultrazvukovom obrábaní je možné vďaka vysokému napätiu spôsobenému časticami narážajúcimi na pevný povrch. Doby kontaktu medzi časticami a povrchmi sú veľmi krátke a rádovo 10 až 100 mikrosekúnd. Čas kontaktu môže byť vyjadrený ako:

 

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

 

Tu r je polomer guľovej častice, Co je rýchlosť elastickej vlny v obrobku (Co = sqroot E/d) a v je rýchlosť, ktorou častica dopadne na povrch.

 

Sila, ktorou častica pôsobí na povrch, sa získa z rýchlosti zmeny hybnosti:

 

F = d(mv)/dt

 

Tu m je hmotnosť zrna. Priemerná sila častíc (zŕn), ktoré narážajú na povrch a odrážajú sa od povrchu, je:

 

Favg = 2 mv / to

 

Tu je čas kontaktu. Keď sa do tohto výrazu zapoja čísla, vidíme, že aj keď sú časti veľmi malé, pretože kontaktná plocha je tiež veľmi malá, sily a tým aj napätia sú výrazne vysoké, aby spôsobili mikročipy a eróziu.

 

 

 

ROTAČNÉ ULTRAZVUKOVÉ OBRÁBENIE (RUM): Táto metóda je variáciou ultrazvukového obrábania, kde brúsnu suspenziu nahrádzame nástrojom, ktorý má diamantové brusivá viazané kovom, ktoré sú buď impregnované alebo galvanicky pokovované na povrchu nástroja. Nástroj sa otáča a ultrazvukovo vibruje. Obrobok pritláčame stálym tlakom proti rotujúcemu a vibrujúcemu nástroju. Proces rotačného ultrazvukového obrábania nám dáva možnosti, ako je vytváranie hlbokých otvorov v tvrdých materiáloch pri vysokých rýchlostiach úberu materiálu.

 

 

 

Keďže používame množstvo konvenčných a nekonvenčných výrobných techník, môžeme vám byť nápomocní vždy, keď máte otázky týkajúce sa konkrétneho produktu a najrýchlejšieho a najhospodárnejšieho spôsobu výroby a výroby.