Processament per ultrasons: tecnologia, avantatges i inconvenients

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

La indústria metal·lúrgica en aquesta fase de desenvolupament és capaç de resoldre les complexes tasques de tallar i perforar peces de diferents graus de duresa. Això va ser possible gràcies al desenvolupament de maneres fonamentalment noves d'influir en el material, incloent un ampli grup de mètodes electromecànics. Una de les tecnologies més efectives d'aquest tipus és el processament d'ultrasons (UZO), basat en els principis de la radiació electroacústica.

Principis de RCD dimensional

Durant el processament dimensional, les freses i abrasius mecànics habituals actuen com a eina d'influència directa. La diferència clau d'aquest mètode rau en la font d'energia que alimenta l'eina. En aquesta capacitat, el generador de corrent ultrasònic funciona a freqüències de 16 a 30 kHz. Ell provocaoscil·lacions dels mateixos grans abrasius a freqüència ultrasònica, que garanteix la qualitat característica del processament. A més, cal tenir en compte la varietat de tipus d'acció mecànica. Aquests no només són els elements habituals de tall i mòlta, sinó també la deformació de l'estructura mantenint el seu volum. A més, el dimensionament d'ultrasons garanteix que les partícules de la peça de treball es mantenen al mínim fins i tot durant el tall. Grans que afecten el material esquitxen micropartícules que no afecten el disseny del producte. De fet, no hi ha destrucció de l'estructura per mostreig, però es pot produir una propagació incontrolada d'esquerdes.

Diferències amb la tecnologia de plasma

En termes de qualitat de processament, els mètodes ultrasònics i de plasma tenen moltes característiques similars, oferint la possibilitat de tall d' alta precisió. Però també entre ells hi ha una diferència significativa en el principi de treball. Per tant, si UZO implica un impacte intens sobre la pols abrasiu des del costat de l'eina de retallada amb el suport energètic d'un generador d'ones elèctrics, el mètode de processament de plasma utilitza gas ionitzat carregat d'ions i electrons com a mitjà de treball. És a dir, les tecnologies de processament d'ultrasons i plasma requereixen igualment el suport d'un generador d'energia prou potent. En el primer cas, es tracta d'un aparell elèctric d'ultrasons, i en el segon cas, d'instal·lacions isotèrmiques o gasoses d' alta temperatura capaços d'apropar el règim de temperatura del medi de treball a 16.000 °C. Un component important del tractament amb plasma és l'ús d'elèctrodes i plasmasubstàncies que proporcionen una gran potència de l'arc guiat del tallador.

Màquines de tractament per ultrasons

Ara val la pena aprofundir en els equips utilitzats en la implementació del RCD. A les grans indústries, per a aquestes finalitats, s'utilitzen màquines, proveïdes d'un grup electrògen per generar corrent altern de freqüència ultrasònica. El corrent generat es dirigeix al bobinatge del convertidor magnètic, que, al seu torn, crea un camp electromagnètic per al cos de treball de la instal·lació. El processament d'ultrasons comença amb el fet que el punxó de la màquina comença a vibrar, estant en un camp electromagnètic. Les freqüències d'aquesta vibració les estableix el generador en funció dels paràmetres establerts que es requereixen en un cas concret.

El punxó està fet d'un material magnetostrictiu (un aliatge de ferro, níquel i cob alt) que pot canviar de dimensions lineals sota l'acció d'un transductor magnètic. I en l'etapa crítica final, el punxó actua sobre la pols abrasiva mitjançant oscil·lacions guiades al llarg del condensador-guia d'ones. A més, l'escala i la potència del processament poden ser diferents. En els equips considerats, es realitza el treball industrial del metall amb la formació d'estructures massives, però també hi ha dispositius compactes amb un principi de funcionament similar, sobre els quals es realitza un gravat d' alta precisió.

Tècnica RCD dimensional

Després d'instal·lar l'equip i preparar-lodel material objectiu, el purín abrasiu es subministra a la zona de l'operació, és a dir, a l'espai entre la superfície del producte i l'extrem oscil·lant. Per cert, els carburs de silici o de bor s'utilitzen normalment com a abrasiu. A les línies automatitzades, l'aigua s'utilitza per al lliurament i la refrigeració de pols. El processament ultrasònic directe dels metalls consta de dues operacions:

• Penetració d'impacte de partícules abrasives a la superfície prevista de la peça, com a resultat de la qual cosa es forma una xarxa de microesquerdes i es punxen les micropartícules del producte.
• Circulació de material abrasiu a la zona de processament: els grans usats se substitueixen per corrents de partícules noves.

Una condició important per a l'eficàcia de tot el procés és mantenir un ritme elevat en ambdós procediments fins al final del cicle. En cas contrari, els paràmetres de processament canvien i la precisió de la direcció abrasiva disminueix.

Característiques del procés

Els paràmetres de processament òptims per a una tasca específica estan preestablerts. Es tenen en compte tant la configuració de l'acció mecànica com les propietats del material de la peça. Les característiques mitjanes del tractament ultrasònic es poden representar de la següent manera:

• El rang de freqüències del generador de corrent és de 16 a 30 kHz.
• L'amplitud d'oscil·lació del punxó o la seva eina de treball: l'espectre inferior al començament de l'operació és de 2 a 10 micres i el nivell superior pot arribar als 60 micres.
• Saturació de purins abrasius - de 20 a 100 mil.grans per cub d'1 cm.
• Diàmetre dels elements abrasius: de 50 a 200 micres.

La variació d'aquests paràmetres permet no només un processament lineal individual d' alta precisió, sinó també la formació precisa de solcs i retalls complexos. En molts aspectes, el treball amb geometries complexes s'ha fet possible gràcies a la perfecció de les característiques dels punxons, que poden afectar la composició abrasiva en diferents models amb una superestructura fina.

Desbarbat amb RCD

Aquesta operació es basa en un augment de la cavitació i l'activitat erosiva del camp acústic quan s'introdueixen partícules ultra petites d'1 micra al flux abrasiu. Aquesta mida és comparable al radi d'influència de l'ona sonora de xoc, que permet destruir les zones febles de les rebaves. El procés de treball s'organitza en un medi líquid especial amb una barreja de glicerina. També s'utilitza un equip especial com a recipient: un fitomix, en un got del qual hi ha abrasius pesats i una part de treball. Tan bon punt s'aplica una ona acústica al medi de treball, comença el moviment aleatori de partícules abrasives, que actuen a la superfície de la peça. Grans fins de carbur de silici i electrocorindó en una barreja d'aigua i glicerina proporcionen un desbarbat efectiu de fins a 0,1 mm de mida. És a dir, el tractament d'ultrasons proporciona una eliminació precisa i d' alta precisió dels microdefectes que podrien romandre fins i tot després de la mòlta mecànica tradicional. Si parlem de grans rebaves, té sentit augmentar la intensitat del procés afegint elements químics al recipient.com el vitriol blau.

Neteja de peces amb RCD

A les superfícies dels blancs metàl·lics de treball, pot haver-hi diversos tipus de recobriments i impureses que no es permeten, per una raó o una altra, eliminar-se mitjançant la neteja abrasiva tradicional. En aquest cas, també s'utilitza la tecnologia de processament d'ultrasons per cavitació en un medi líquid, però amb una sèrie de diferències respecte al mètode anterior:

• L'interval de freqüència variarà de 18 a 35 kHz.
• S'utilitzen dissolvents orgànics com el freó i l'alcohol etílic com a mitjà líquid.
• Per mantenir un procés de cavitació estable i una fixació fiable de la peça de treball, cal establir el mode de funcionament ressonant del fitomixer, la columna de líquid en la qual correspondrà a la meitat de la longitud de l'ona ultrasònica.

Perforació de diamant amb el suport d'ecografia

El mètode implica l'ús d'una eina de diamant giratòria, que és impulsada per vibracions ultrasòniques. Els costos energètics del procés de tractament superen el volum de recursos requerits amb els mètodes tradicionals d'acció mecànica, arribant als 2000 J/mm3. Aquesta potència permet perforar amb un diàmetre de fins a 25 mm a una velocitat de 0,5 mm/min. A més, el processament ultrasònic de materials mitjançant la perforació requereix l'ús de refrigerant en grans volums de fins a 5 l/min. Els fluxos de fluids també renten la pols fina de les superfícies de les eines i la peça de treball,format durant la destrucció de l'abrasiu.

Control del rendiment del RCD

El procés tecnològic està sota el control de l'operador, que supervisa els paràmetres de les vibracions actuants. En particular, això s'aplica a l'amplitud de les oscil·lacions, la velocitat del so, així com la intensitat del subministrament de corrent. Amb l'ajuda d'aquestes dades, s'assegura el control de l'entorn de treball i l'impacte del material abrasiu sobre la peça de treball. Aquesta característica és especialment important en el processament d'ultrasons d'instruments, quan es poden utilitzar diversos modes de funcionament de l'equip en un procés tecnològic. Els mètodes de control més progressius impliquen la participació de mitjans automàtics de canvi de paràmetres de processament basats en les lectures de sensors que registren els paràmetres del producte.

Avantatges de la tecnologia ultrasònica

L'ús de la tecnologia RCD ofereix una sèrie d'avantatges, que es manifesten en diferents graus segons el mètode específic de la seva implementació:

• La productivitat del procés de mecanitzat augmenta diverses vegades.
• El desgast de les eines per ultrasons es redueix entre 8 i 10 vegades en comparació amb els mètodes de mecanitzat convencionals.
• Quan es perfora, els paràmetres de processament augmenten en profunditat i diàmetre.
• Augmenta la precisió de l'acció mecànica.

Defectes de la tecnologia

L'aplicació àmplia d'aquest mètode encara es veu obstaculitzada per una sèrie de deficiències. Estan relacionats principalment amb la complexitat tecnològica de l'organització.procés. A més, el processament d'ultrasons de peces requereix operacions addicionals, inclosa el lliurament de material abrasiu a l'àrea de treball i la connexió d'equips per a la refrigeració d'aigua. Aquests factors també poden augmentar el cost de l'obra. Quan es donen servei als processos industrials, els costos energètics també augmenten. Es necessiten recursos addicionals no només per garantir el funcionament de les unitats principals, sinó també per al funcionament dels sistemes de protecció i col·lectors de corrent que transmeten senyals elèctrics.

Conclusió

La introducció de la tecnologia abrasiva ultrasònica en els processos de treball del metall es va deure a les limitacions en l'ús dels mètodes tradicionals de tall, perforació, tornejat, etc. A diferència d'un torn convencional, el treball ultrasònic del metall és capaç de fer front amb eficàcia a materials de duresa augmentada.. L'ús d'aquesta tecnologia va permetre realitzar operacions de mecanitzat d'acer endurit, aliatges de carbur de titani, productes que contenen tungstè, etc. Al mateix temps, es garanteix una gran precisió de l'acció mecànica amb un dany mínim a l'estructura situada a l'obra. zona. Però, com passa amb altres tecnologies innovadores com el tall per plasma, el processament per làser i per raig d'aigua, encara hi ha problemes econòmics i organitzatius quan s'utilitzen aquests mètodes de processament de metalls.