Elaborazione ad ultrasuoni: tecnologia, vantaggi e svantaggi

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'industria della lavorazione dei metalli in questa fase di sviluppo è in grado di risolvere i complessi compiti di taglio e foratura di pezzi di vari gradi di durezza. Ciò è diventato possibile grazie allo sviluppo di modi fondamentalmente nuovi di influenzare il materiale, incluso un ampio gruppo di metodi elettromeccanici. Una delle tecnologie più efficaci di questo tipo è l'elaborazione ad ultrasuoni (UZO), basata sui principi della radiazione elettroacustica.

Principi di RCD dimensionale

Durante la lavorazione dimensionale, le consuete frese meccaniche e abrasivi agiscono come un diretto strumento di influenza. La differenza fondamentale in questo metodo risiede nella fonte di energia che alimenta lo strumento. In questa capacità, il generatore di corrente ultrasonica opera a frequenze di 16–30 kHz. Egli provocaoscillazioni degli stessi grani abrasivi a frequenza ultrasonica, che garantisce la caratteristica qualità della lavorazione. Inoltre, è necessario notare la varietà di tipi di azione meccanica. Non si tratta solo dei soliti elementi di taglio e rettifica, ma anche della deformazione della struttura mantenendone il volume. Inoltre, il dimensionamento ad ultrasuoni assicura che le particelle del pezzo siano ridotte al minimo anche durante il taglio. I grani che intaccano il materiale punteggiano le microparticelle che non influiscono sul design del prodotto. In effetti, non vi è alcuna distruzione della struttura mediante campionamento, tuttavia può verificarsi una propagazione incontrollata di cricche.

Differenze dalla tecnologia al plasma

In termini di qualità di lavorazione, i metodi a ultrasuoni e plasma hanno molte caratteristiche simili, offrendo la possibilità di taglio ad alta precisione. Ma anche tra loro c'è una differenza significativa nel principio del lavoro. Quindi, se UZO comporta un impatto intenso sulla polvere abrasiva dal lato dello strumento di rifinitura con il supporto energetico di un generatore di onde elettriche, il metodo di elaborazione al plasma utilizza gas ionizzato caricato con ioni ed elettroni come mezzo di lavoro. Cioè, le tecnologie di elaborazione ad ultrasuoni e plasma richiedono ugualmente il supporto di un generatore di energia sufficientemente potente. Nel primo caso si tratta di un apparato elettrico ad ultrasuoni e, nel secondo caso, di installazioni a gas o isotermiche ad alta temperatura in grado di portare il regime di temperatura del mezzo di lavoro a 16.000 °C. Una componente importante del trattamento al plasma è l'uso di elettrodi e plasmasostanze che forniscono un'elevata potenza dell'arco guidato della taglierina.

Macchine per trattamenti ad ultrasuoni

Ora vale la pena soffermarsi più in dettaglio sulle apparecchiature utilizzate nell'attuazione dell'RCD. Nelle grandi industrie, a tale scopo, vengono utilizzate macchine dotate di un gruppo elettrogeno per la generazione di corrente alternata di frequenza ultrasonica. La corrente generata viene diretta all'avvolgimento del convertitore magnetico, che, a sua volta, crea un campo elettromagnetico per il corpo di lavoro dell'installazione. L'elaborazione ad ultrasuoni inizia con il fatto che il punzone della macchina inizia a vibrare, trovandosi in un campo elettromagnetico. Le frequenze di questa vibrazione sono impostate dal generatore in base ai parametri impostati richiesti in un caso particolare.

Il punzone è costituito da un materiale magnetostrittivo (una lega di ferro, nichel e cob alto) che può variare di dimensioni lineari sotto l'azione di un trasduttore magnetico. E nella fase critica finale, il punzone agisce sulla polvere abrasiva attraverso oscillazioni guidate lungo il condensatore a guida d'onda. Inoltre, la scala e la potenza di elaborazione possono essere diverse. Sull'attrezzatura considerata, la lavorazione industriale dei metalli viene eseguita con la formazione di strutture massicce, ma esistono anche dispositivi compatti con un principio di funzionamento simile, su cui viene eseguita un'incisione ad alta precisione.

Tecnica RCD dimensionale

Dopo l'installazione dell'attrezzatura e la preparazionedel materiale di destinazione, la sospensione abrasiva viene fornita all'area dell'operazione, ovvero allo spazio tra la superficie del prodotto e l'estremità oscillante. A proposito, come abrasivo stesso vengono solitamente utilizzati carburi di silicio o di boro. Nelle linee automatizzate, l'acqua viene utilizzata per l'erogazione e il raffreddamento delle polveri. La lavorazione diretta ad ultrasuoni dei metalli consiste in due operazioni:

• Penetrazione dell'impatto di particelle abrasive nella superficie prevista del pezzo, a seguito della quale si forma una rete di microfessure e vengono perforate le microparticelle del prodotto.
• Circolazione di materiale abrasivo nella zona di lavorazione - i grani usati vengono sostituiti da flussi di nuove particelle.

Una condizione importante per l'efficacia dell'intero processo è mantenere un ritmo elevato in entrambe le procedure fino alla fine del ciclo. In caso contrario, i parametri di lavorazione cambiano e la precisione della direzione dell'abrasivo diminuisce.

Caratteristiche del processo

I parametri di elaborazione ottimali per un'attività specifica sono preimpostati. Vengono prese in considerazione sia la configurazione dell'azione meccanica che le proprietà del materiale del pezzo. Le caratteristiche medie del trattamento ad ultrasuoni possono essere rappresentate come segue:

• La gamma di frequenza del generatore di corrente va da 16 a 30 kHz.
• L'ampiezza di oscillazione del punzone o del suo strumento di lavoro: lo spettro inferiore all'inizio dell'operazione va da 2 a 10 micron e il livello superiore può raggiungere i 60 micron.
• Saturazione del liquame abrasivo - da 20 a 100 mila.grani per cubo da 1 cm.
• Diametro degli elementi abrasivi - da 50 a 200 micron.

La variazione di questi parametri consente non solo l'elaborazione lineare individuale ad alta precisione, ma anche la formazione accurata di scanalature e ritagli complessi. Per molti versi, lavorare con geometrie complesse è diventato possibile grazie alla perfezione delle caratteristiche dei punzoni, che possono influenzare la composizione dell'abrasivo in diversi modelli con sovrastruttura sottile.

Sbavatura con RCD

Questa operazione si basa su un aumento della cavitazione e dell'attività erosiva del campo acustico quando particelle ultra piccole da 1 micron vengono introdotte nel flusso abrasivo. Questa dimensione è paragonabile al raggio di influenza dell'onda sonora d'urto, che consente di distruggere le aree deboli delle bave. Il processo di lavoro è organizzato in uno speciale mezzo liquido con una miscela di glicerina. Un'attrezzatura speciale viene utilizzata anche come contenitore: un fitomixer, in un bicchiere di cui ci sono abrasivi pesati e una parte funzionante. Non appena un'onda acustica viene applicata al mezzo di lavoro, inizia il movimento casuale delle particelle abrasive, che agiscono sulla superficie del pezzo. Grani fini di carburo di silicio ed elettrocorindone in una miscela di acqua e glicerina forniscono un'efficace sbavatura fino a 0,1 mm di dimensione. Cioè, il trattamento ad ultrasuoni fornisce una rimozione accurata e di alta precisione dei microdifetti che potrebbero rimanere anche dopo la tradizionale rettifica meccanica. Se stiamo parlando di grandi bave, allora ha senso aumentare l'intensità del processo aggiungendo elementi chimici al contenitorecome il vetriolo blu.

Pulizia delle parti con RCD

Sulle superfici di lavorazione dei pezzi grezzi di metallo possono essere presenti vari tipi di rivestimenti e impurità che, per un motivo o per l' altro, non possono essere rimossi dalla tradizionale pulizia abrasiva. In questo caso viene utilizzata anche la tecnologia del trattamento ultrasonico per cavitazione in un mezzo liquido, ma con alcune differenze rispetto al metodo precedente:

• La gamma di frequenza varierà da 18 a 35 kHz.
• I solventi organici come il freon e l'alcol etilico sono usati come mezzo liquido.
• Per mantenere un processo di cavitazione stabile e una fissazione affidabile del pezzo, è necessario impostare la modalità di funzionamento risonante del fitomizzatore, la colonna di liquido in cui corrisponderà a metà della lunghezza dell'onda ultrasonica.

Foratura diamantata supportata da ultrasuoni

Il metodo prevede l'uso di un utensile diamantato rotante, azionato da vibrazioni ultrasoniche. I costi energetici per il processo di trattamento superano il volume delle risorse richieste con i metodi tradizionali di azione meccanica, raggiungendo 2000 J/mm3. Questa potenza consente di forare con un diametro fino a 25 mm ad una velocità di 0,5 mm/min. Inoltre, la lavorazione ad ultrasuoni dei materiali mediante perforazione richiede l'uso di refrigerante in grandi volumi fino a 5 l/min. I flussi di fluido eliminano anche la polvere fine dalle superfici degli utensili e del pezzo,formatosi durante la distruzione dell'abrasivo.

Controllo delle prestazioni dell'RCD

Il processo tecnologico è sotto il controllo dell'operatore, che monitora i parametri delle vibrazioni agenti. In particolare, ciò vale per l'ampiezza delle oscillazioni, la velocità del suono e l'intensità della corrente erogata. Con l'aiuto di questi dati, è assicurato il controllo dell'ambiente di lavoro e l'impatto del materiale abrasivo sul pezzo. Questa caratteristica è particolarmente importante nell'elaborazione ad ultrasuoni degli strumenti, quando è possibile utilizzare diverse modalità di funzionamento dell'apparecchiatura in un processo tecnologico. I metodi di controllo più progressivi prevedono la partecipazione di mezzi automatici di modifica dei parametri di elaborazione in base alle letture di sensori che registrano i parametri del prodotto.

Vantaggi della tecnologia ad ultrasuoni

L'uso della tecnologia RCD offre una serie di vantaggi, che si manifestano in varia misura a seconda del metodo specifico di implementazione:

• La produttività del processo di lavorazione aumenta più volte.
• L'usura dell'utensile a ultrasuoni è ridotta di 8-10 volte rispetto ai metodi di lavorazione convenzionali.
• Durante la foratura, i parametri di lavorazione aumentano in profondità e diametro.
• Aumenta la precisione dell'azione meccanica.

Difetti della tecnologia

L'ampia applicazione di questo metodo è ancora ostacolata da una serie di carenze. Sono principalmente legati alla complessità tecnologica dell'organizzazione.processi. Inoltre, la lavorazione ad ultrasuoni delle parti richiede operazioni aggiuntive, inclusa la consegna di materiale abrasivo all'area di lavoro e il collegamento di apparecchiature per il raffreddamento ad acqua. Questi fattori possono anche aumentare il costo del lavoro. Durante la manutenzione dei processi industriali, aumentano anche i costi energetici. Sono necessarie risorse aggiuntive non solo per garantire il funzionamento delle unità principali, ma anche per il funzionamento dei sistemi di protezione e dei collettori di corrente che trasmettono segnali elettrici.

Conclusione

L'introduzione della tecnologia abrasiva ad ultrasuoni nei processi di lavorazione dei metalli è dovuta alle limitazioni nell'uso dei metodi tradizionali di taglio, foratura, tornitura, ecc. A differenza di un tornio convenzionale, la lavorazione dei metalli ad ultrasuoni è in grado di far fronte efficacemente a materiali di maggiore durezza. L'utilizzo di questa tecnologia ha permesso di eseguire lavorazioni su acciaio temprato, leghe al carburo di titanio, prodotti contenenti tungsteno, ecc. Allo stesso tempo, è garantita un'elevata precisione dell'azione meccanica con il minimo danneggiamento della struttura situata nella lavorazione la zona. Ma, come nel caso di altre tecnologie innovative come il taglio al plasma, il laser e la lavorazione a getto d'acqua, esistono ancora problemi economici e organizzativi quando si utilizzano tali metodi di lavorazione dei metalli.