อัลตราโซนิกโพรเซสซิง: เทคโนโลยี ข้อดีและข้อเสีย

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

อุตสาหกรรมโลหะการในขั้นตอนของการพัฒนานี้สามารถแก้ปัญหางานที่ซับซ้อนของการตัดและเจาะชิ้นงานที่มีระดับความแข็งต่างกันได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการพัฒนาวิธีการใหม่ที่มีอิทธิพลต่อวัสดุรวมถึงวิธีการทางไฟฟ้าเครื่องกลกลุ่มกว้าง หนึ่งในเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดของประเภทนี้คือการประมวลผลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UZO) ตามหลักการของการแผ่รังสีไฟฟ้า

หลักการของ RCD มิติ

ในระหว่างการประมวลผลแบบมีมิติ คัตเตอร์เชิงกลและวัสดุขัดถูทั่วไปจะทำหน้าที่เป็นเครื่องมือที่ส่งผลโดยตรง ความแตกต่างที่สำคัญในวิธีนี้อยู่ในแหล่งพลังงานที่ให้พลังงานแก่เครื่องมือ ด้วยความสามารถนี้ เครื่องกำเนิดกระแสอัลตราโซนิกทำงานที่ความถี่ 16–30 kHz เขายั่วยวนการสั่นของเม็ดขัดชนิดเดียวกันที่ความถี่อัลตราโซนิก ซึ่งช่วยให้มั่นใจในคุณภาพการประมวลผล นอกจากนี้ จำเป็นต้องสังเกตการกระทำทางกลประเภทต่างๆ นี่ไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบการตัดและการเจียรตามปกติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเสียรูปของโครงสร้างโดยที่ยังคงปริมาตรไว้ ยิ่งไปกว่านั้น การปรับขนาดด้วยอัลตราโซนิกยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าอนุภาคของชิ้นงานถูกควบคุมให้เหลือน้อยที่สุดแม้ในระหว่างการตัด ธัญพืชที่ส่งผลต่อวัสดุทำให้เกิดอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่ส่งผลต่อการออกแบบผลิตภัณฑ์ ในความเป็นจริง ไม่มีการทำลายโครงสร้างโดยการสุ่มตัวอย่าง อย่างไรก็ตาม การแพร่กระจายของรอยแตกที่ไม่สามารถควบคุมได้อาจเกิดขึ้นได้

ความแตกต่างจากเทคโนโลยีพลาสม่า

ในแง่ของคุณภาพการประมวลผล วิธีอัลตราโซนิกและพลาสมามีคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันหลายประการ ให้ความเป็นไปได้ของการตัดที่มีความแม่นยำสูง แต่ระหว่างพวกเขามีความแตกต่างที่สำคัญในหลักการทำงาน ดังนั้น หาก UZO เกี่ยวข้องกับการกระแทกอย่างแรงบนผงขัดจากด้านข้างของเครื่องมือตัดแต่งด้วยการสนับสนุนพลังงานของเครื่องกำเนิดคลื่นไฟฟ้า วิธีการประมวลผลพลาสม่าจะใช้ก๊าซไอออไนซ์ที่มีประจุด้วยไอออนและอิเล็กตรอนเป็นสื่อกลางในการทำงาน นั่นคือเทคโนโลยีของอัลตราโซนิกและการประมวลผลพลาสม่าต้องการการสนับสนุนจากเครื่องกำเนิดพลังงานที่ทรงพลังเพียงพอ ในกรณีแรก นี่คืออุปกรณ์ไฟฟ้าอัลตราโซนิก และในกรณีที่สอง การติดตั้งก๊าซอุณหภูมิสูงหรือไอโซเทอร์มอลที่สามารถทำให้อุณหภูมิของตัวกลางทำงานอยู่ที่ 16,000 °C องค์ประกอบที่สำคัญของการบำบัดด้วยพลาสม่าคือการใช้อิเล็กโทรดและพลาสมาสารที่ให้กำลังสูงของส่วนโค้งนำของเครื่องตัด

เครื่องอัลตราโซนิก

ตอนนี้ควรศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่ใช้ในการดำเนินการ RCD ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เพื่อจุดประสงค์ดังกล่าว เครื่องจักรจะถูกใช้ โดยมีชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับสร้างกระแสสลับของความถี่อัลตราโซนิก กระแสที่สร้างขึ้นจะถูกส่งไปยังขดลวดของตัวแปลงแม่เหล็กซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับส่วนการทำงานของการติดตั้ง การประมวลผลอัลตราโซนิกเริ่มต้นด้วยความจริงที่ว่าหมัดของเครื่องเริ่มสั่นสะเทือนซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ความถี่ของการสั่นสะเทือนนี้ถูกกำหนดโดยเครื่องกำเนิดตามพารามิเตอร์ที่กำหนดซึ่งจำเป็นในบางกรณี

หมัดทำจากวัสดุแม่เหล็ก (โลหะผสมของเหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์) ที่สามารถเปลี่ยนแปลงในขนาดเชิงเส้นภายใต้การกระทำของตัวแปลงสัญญาณแม่เหล็ก และในขั้นวิกฤติขั้นสุดท้าย หมัดจะกระทำกับผงขัดผ่านการแกว่งไปตามตัวนำคลื่น-ตัวเก็บประจุ ยิ่งไปกว่านั้น ขนาดและกำลังของการประมวลผลอาจแตกต่างกัน เมื่อพิจารณาถึงอุปกรณ์แล้ว งานโลหะทางอุตสาหกรรมจะดำเนินการด้วยการก่อตัวของโครงสร้างขนาดใหญ่ แต่ยังมีอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดที่มีหลักการทำงานคล้ายคลึงกัน ซึ่งทำการแกะสลักที่มีความแม่นยำสูง

เทคนิค RCD มิติ

หลังติดตั้งอุปกรณ์เตรียมของวัสดุเป้าหมาย สารกัดกร่อนจะถูกส่งไปยังพื้นที่ของการดำเนินการ - นั่นคือช่องว่างระหว่างพื้นผิวของผลิตภัณฑ์กับปลายสั่น อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนหรือโบรอนคาร์ไบด์มักถูกใช้เป็นสารกัดกร่อน ในสายการผลิตอัตโนมัติ น้ำจะใช้สำหรับการส่งผงและการหล่อเย็น การประมวลผลอัลตราโซนิกโดยตรงของโลหะประกอบด้วยสองการดำเนินการ:

• การแทรกซึมของอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเข้าสู่พื้นผิวที่ต้องการของชิ้นงาน อันเป็นผลมาจากการที่เครือข่ายของรอยแตกขนาดเล็กก่อตัวขึ้นและอนุภาคขนาดเล็กของผลิตภัณฑ์ถูกเจาะทะลุ
• การไหลเวียนของวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในเขตแปรรูป - เมล็ดพืชที่ใช้แล้วจะถูกแทนที่ด้วยอนุภาคใหม่

เงื่อนไขสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของกระบวนการทั้งหมดคือการรักษาความก้าวหน้าในทั้งสองขั้นตอนจนสิ้นสุดรอบ มิฉะนั้น พารามิเตอร์การประมวลผลจะเปลี่ยนไปและความแม่นยำของทิศทางการขัดจะลดลง

ลักษณะกระบวนการ

พารามิเตอร์การประมวลผลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับงานเฉพาะถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า คำนึงถึงทั้งการกำหนดค่าของการกระทำทางกลและคุณสมบัติของวัสดุชิ้นงาน ลักษณะเฉลี่ยของการรักษาด้วยอัลตราโซนิกสามารถแสดงได้ดังนี้:

• ช่วงความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าปัจจุบันคือตั้งแต่ 16 ถึง 30 kHz
• แอมพลิจูดการสั่นของหมัดหรือเครื่องมือทำงาน - สเปกตรัมล่างที่จุดเริ่มต้นของการทำงานคือ 2 ถึง 10 ไมครอน และระดับบนสามารถถึง 60 ไมครอน
• ความอิ่มตัวของสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อน - ตั้งแต่ 20,000 ถึง 100,000เมล็ดธัญพืชต่อลูกบาศก์ 1 ซม.
• เส้นผ่านศูนย์กลางของสารกัดกร่อน - ตั้งแต่ 50 ถึง 200 ไมครอน

การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์เหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำให้การประมวลผลเชิงเส้นมีความแม่นยำสูงแต่ละรายการเท่านั้น แต่ยังสร้างร่องและร่องลึกที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำอีกด้วย ในหลาย ๆ ด้าน การทำงานกับรูปทรงที่ซับซ้อนเกิดขึ้นได้เนื่องจากความสมบูรณ์แบบของคุณลักษณะของหมัด ซึ่งอาจส่งผลต่อองค์ประกอบการเสียดสีในรุ่นต่างๆ ที่มีโครงสร้างส่วนบนที่บาง

ลบคมด้วย RCD

การดำเนินการนี้ขึ้นอยู่กับการเพิ่มขึ้นของการเกิดโพรงอากาศและการกัดเซาะของสนามเสียงเมื่ออนุภาคขนาดเล็กพิเศษตั้งแต่ 1 ไมครอนเข้าสู่กระแสการเสียดสี ขนาดนี้เทียบได้กับรัศมีอิทธิพลของคลื่นเสียงกระแทก ซึ่งทำให้สามารถทำลายบริเวณที่ขรุขระของครีบได้ ขั้นตอนการทำงานจัดอยู่ในของเหลวชนิดพิเศษที่มีส่วนผสมของกลีเซอรีน อุปกรณ์พิเศษยังใช้เป็นภาชนะ - phytomixer ในแก้วที่มีสารกัดกร่อนที่ชั่งน้ำหนักและชิ้นส่วนที่ทำงาน ทันทีที่คลื่นเสียงถูกนำไปใช้กับสื่อการทำงาน การเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจะเริ่มต้นขึ้น ซึ่งจะกระทำบนพื้นผิวของชิ้นงาน เม็ดละเอียดของซิลิกอนคาร์ไบด์และอิเล็กโทรคอรันดัมที่มีส่วนผสมของน้ำและกลีเซอรีนช่วยให้สามารถลบคมที่มีขนาดไม่เกิน 0.1 มม. ได้อย่างมีประสิทธิภาพ กล่าวคือ การบำบัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงช่วยให้สามารถขจัด microdefects ที่อาจหลงเหลืออยู่ได้อย่างแม่นยำและแม่นยำสูง แม้กระทั่งหลังจากการเจียรด้วยกลไกแบบเดิมๆ หากเรากำลังพูดถึงครีบขนาดใหญ่ ก็ควรที่จะเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการโดยการเพิ่มองค์ประกอบทางเคมีลงในภาชนะเหมือนกรดกำมะถันสีน้ำเงิน

ทำความสะอาดชิ้นส่วนด้วย RCD

บนพื้นผิวของช่องว่างโลหะที่ใช้งานได้ อาจมีสารเคลือบและสิ่งสกปรกหลายประเภทที่ไม่อนุญาตให้ลบออกด้วยการทำความสะอาดแบบขัดถูแบบดั้งเดิมไม่ว่าจะด้วยเหตุผลใดก็ตาม ในกรณีนี้ เทคโนโลยีของการประมวลผลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในสื่อที่เป็นของเหลวก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน แต่มีความแตกต่างจากวิธีการก่อนหน้านี้หลายประการ:

• ช่วงความถี่จะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 18 ถึง 35 kHz
• ตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น ฟรีออนและเอทิลแอลกอฮอล์ใช้เป็นสื่อของเหลว
• เพื่อรักษากระบวนการคาวิเทชั่นที่เสถียรและการตรึงชิ้นงานที่เชื่อถือได้ จำเป็นต้องตั้งค่าโหมดการทำงานของเรโซแนนซ์ของไฟโตมิกเซอร์ คอลัมน์ของเหลวที่จะสอดคล้องกับความยาวครึ่งหนึ่งของคลื่นอัลตราโซนิก

เจาะเพชรด้วยอัลตราซาวนด์

วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องมือเพชรหมุนซึ่งขับเคลื่อนด้วยการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานสำหรับกระบวนการบำบัดเกินปริมาณทรัพยากรที่จำเป็นด้วยวิธีการดำเนินการทางกลแบบดั้งเดิม โดยแตะระดับ 2,000 J/mm3 พลังนี้ช่วยให้คุณเจาะเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 25 มม. ที่ความเร็ว 0.5 มม./นาที นอกจากนี้ การประมวลผลอัลตราโซนิกของวัสดุโดยการเจาะต้องใช้น้ำหล่อเย็นในปริมาณมากถึง 5 ลิตร/นาที การไหลของของไหลยังชะล้างผงละเอียดออกจากพื้นผิวของเครื่องมือและชิ้นงานเกิดขึ้นระหว่างการทำลายของสารกัดกร่อน

ควบคุมประสิทธิภาพ RCD

กระบวนการทางเทคโนโลยีอยู่ภายใต้การควบคุมของผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งจะคอยตรวจสอบพารามิเตอร์ของการสั่นสะเทือนที่กระทำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้ใช้กับแอมพลิจูดของการแกว่ง ความเร็วของเสียง ตลอดจนความเข้มของการจ่ายกระแสไฟ ด้วยความช่วยเหลือของข้อมูลนี้ การควบคุมสภาพแวดล้อมการทำงานและผลกระทบของวัสดุกัดกร่อนบนชิ้นงานจึงมั่นใจได้ คุณลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการประมวลผลอัลตราโซนิกของเครื่องมือ เมื่อโหมดการทำงานของอุปกรณ์หลายโหมดสามารถใช้ในกระบวนการทางเทคโนโลยีเดียว วิธีการควบคุมที่ก้าวหน้าที่สุดนั้นเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของวิธีการอัตโนมัติในการเปลี่ยนพารามิเตอร์การประมวลผลตามการอ่านของเซ็นเซอร์ที่บันทึกพารามิเตอร์ของผลิตภัณฑ์

ข้อดีของเทคโนโลยีอัลตราโซนิก

การใช้เทคโนโลยี RCD มีข้อดีหลายประการ ซึ่งแสดงให้เห็นในระดับที่แตกต่างกันไปตามวิธีการเฉพาะในการใช้งาน:

• ผลผลิตของกระบวนการตัดเฉือนเพิ่มขึ้นหลายเท่า
• การสึกหรอของเครื่องมืออัลตราโซนิกลดลง 8-10 เท่า เมื่อเทียบกับวิธีการตัดเฉือนทั่วไป
• เมื่อเจาะ พารามิเตอร์การประมวลผลจะเพิ่มความลึกและเส้นผ่านศูนย์กลาง
• เพิ่มความแม่นยำของการเคลื่อนไหวทางกล

ข้อบกพร่องของเทคโนโลยี

การประยุกต์ใช้วิธีนี้อย่างกว้างขวางยังคงถูกขัดขวางโดยข้อบกพร่องหลายประการ ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความซับซ้อนทางเทคโนโลยีขององค์กรกระบวนการ. นอกจากนี้ การประมวลผลชิ้นส่วนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงจำเป็นต้องมีการดำเนินการเพิ่มเติม ซึ่งรวมถึงการส่งวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไปยังพื้นที่ทำงาน และการเชื่อมต่ออุปกรณ์สำหรับการระบายความร้อนด้วยน้ำ ปัจจัยเหล่านี้ยังสามารถเพิ่มต้นทุนของงานได้อีกด้วย เมื่อให้บริการในกระบวนการทางอุตสาหกรรม ต้นทุนด้านพลังงานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ทรัพยากรเพิ่มเติมจำเป็นไม่เพียงแต่เพื่อรับรองการทำงานของหน่วยหลัก แต่ยังสำหรับการทำงานของระบบป้องกันและตัวสะสมกระแสไฟที่ส่งสัญญาณไฟฟ้า

สรุป

การนำเทคโนโลยีการขัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงมาใช้ในกระบวนการโลหะนั้นเกิดจากข้อจำกัดในการใช้วิธีการแบบดั้งเดิมในการตัด เจาะ การกลึง ฯลฯ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องกลึงทั่วไปตรงที่โลหะอัลตราโซนิกสามารถรับมือกับวัสดุที่มีความแข็งเพิ่มขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ. การใช้เทคโนโลยีนี้ทำให้สามารถดำเนินการตัดเฉือนกับเหล็กชุบแข็ง โลหะผสมไททาเนียม-คาร์ไบด์ ผลิตภัณฑ์ที่มีทังสเตน ฯลฯ ได้ ในขณะเดียวกันก็รับประกันความแม่นยำสูงของการดำเนินการทางกลโดยสร้างความเสียหายน้อยที่สุดให้กับโครงสร้างที่อยู่ในที่ทำงาน พื้นที่. แต่เช่นเดียวกับเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมอื่นๆ เช่น การตัดพลาสม่า การประมวลผลด้วยเลเซอร์และวอเตอร์เจ็ท ยังคงมีปัญหาทางเศรษฐกิจและองค์กรเมื่อใช้วิธีการแปรรูปโลหะดังกล่าว