Ultrazvukové obrábanie (USM) je netradičný proces obrábania, ktorý získal značný význam v presnom obrábaní. Ako dodávateľ presného obrábania máme bohaté skúsenosti s prácou s rôznymi materiálmi pomocou techník ultrazvukového obrábania. V tomto blogu preskúmame materiály, ktoré sú vhodné na ultrazvukové obrábanie v kontexte presného obrábania.
1. Úvod do ultrazvukového obrábania
Ultrazvukové obrábanie je proces, ktorý využíva vysokofrekvenčné vibrácie (zvyčajne v rozsahu 18 - 30 kHz) nástroja na odoberanie materiálu z obrobku. Suspenzia, ktorá pozostáva z abrazívnych častíc suspendovaných v kvapalnom médiu (zvyčajne vo vode), sa zavádza medzi nástroj a obrobok. Vibračný nástroj spôsobuje, že abrazívne častice narážajú na povrch obrobku, čo vedie k úberu materiálu pomocou mikroštiepenia. Tento proces je obzvlášť užitočný na obrábanie tvrdých a krehkých materiálov s vysokou presnosťou.
2. Materiály vhodné na ultrazvukové obrábanie
2.1 Keramika
Keramika je jedným z najbežnejších materiálov používaných pri obrábaní ultrazvukom. Sú známe svojou vysokou tvrdosťou, odolnosťou proti opotrebeniu a výbornou tepelnou a chemickou stabilitou. Materiály ako oxid hlinitý (Al2O3), oxid zirkoničitý (ZrO₂) a karbid kremíka (SiC) sa široko používajú v rôznych priemyselných odvetviach vrátane letectva, automobilového priemyslu a elektroniky.
Aluminová keramika sa napríklad používa pri výrobe rezných nástrojov, elektrických izolátorov a komponentov odolných voči opotrebovaniu. Ultrazvukové obrábanie môže vytvárať zložité tvary a jemné prvky na keramike z oxidu hlinitého s vysokou presnosťou. Abrazívne pôsobenie ultrazvukového procesu môže účinne rozbiť tvrdý keramický povrch bez toho, aby došlo k výraznému poškodeniu materiálu.
Zirkónová keramika je ďalšou populárnou voľbou. Majú vysokú lomovú húževnatosť v porovnaní s inou keramikou, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť. Ultrazvukové obrábanie sa môže použiť na opracovanie zirkóniovej keramiky na zubné implantáty, komponenty motora a optické komponenty.
Keramika z karbidu kremíka je extrémne tvrdá a má vynikajúcu tepelnú vodivosť. Používajú sa vo vysokoteplotných aplikáciách, ako sú výmenníky tepla a zariadenia na výrobu polovodičov. Ultrazvukové obrábanie umožňuje presné tvarovanie keramiky z karbidu kremíka, čo je ťažko dosiahnuteľné tradičnými metódami obrábania. Pre viac informácií o presnom obrábaní keramiky a iných materiálov môžete navštíviť našeCNC presný kovstránku.
2.2 Sklo
Sklo je krehký materiál, ktorý možno efektívne opracovať pomocou ultrazvukového obrábania. Je široko používaný v optickom, elektronickom a medicínskom priemysle. Ultrazvukové obrábanie možno použiť na vytváranie otvorov, štrbín a zložitých tvarov v skle s vysokou presnosťou.
Sodno-vápenaté sklo, ktoré sa bežne používa v oknách a nádobách, je možné opracovať pomocou ultrazvukových techník na výrobu otvorov s malým priemerom pre mikrofluidné zariadenia. Borosilikátové sklo, známe pre svoj nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, sa používa v laboratórnych zariadeniach a optických šošovkách. Ultrazvukové obrábanie možno použiť na výrobu presných prvkov na borosilikátovom skle, ako sú drážky a kanály pre optické vlnovody.
Tavené kremičité sklo, ktoré má vynikajúce optické vlastnosti a vysokú chemickú čistotu, sa používa v polovodičovom a fotonikovom priemysle. Ultrazvukové obrábanie možno použiť na vytvorenie vysoko presných komponentov, ako sú mikrošošovky a difrakčné mriežky, na tavenom kremičitom skle. nášPresné CNC obrábanie prototypových dielovslužba vám môže pomôcť s prototypovaním sklenených komponentov pomocou ultrazvukového obrábania.
2.3 Kompozity
Kompozitné materiály, ktoré sa vyrábajú kombináciou dvoch alebo viacerých rôznych materiálov, sa tešia čoraz väčšej obľube v rôznych priemyselných odvetviach. Ultrazvukové obrábanie je možné použiť na obrábanie kompozitných materiálov, najmä tých s krehkou matricou.
Kompozity vystužené uhlíkovými vláknami (CFRP) sú široko používané v leteckom a automobilovom priemysle kvôli ich vysokému pomeru pevnosti k hmotnosti. Ultrazvukové obrábanie možno použiť na rezanie, vŕtanie a tvarovanie CFRP komponentov s minimálnou delamináciou a vyťahovaním vlákien. Abrazívne pôsobenie ultrazvukového procesu môže účinne odstrániť živicovú matricu a prerezať uhlíkové vlákna.
Kompozity vystužené sklenenými vláknami (GFRP) sú vhodné aj na obrábanie ultrazvukom. Používajú sa v aplikáciách, ako sú časti karosérií automobilov, trupy lodí a elektrické kryty. Ultrazvukové obrábanie možno použiť na vytvorenie presných otvorov a prvkov v komponentoch GFRP bez toho, aby došlo k výraznému poškodeniu vlákien.
2.4 Tvrdé kovy
Niektoré tvrdé kovy možno opracovať aj pomocou ultrazvukového obrábania, najmä ak sa vyžaduje vysoká presnosť. Napríklad karbid volfrámu je veľmi tvrdý kov odolný voči opotrebovaniu, ktorý sa používa v rezných nástrojoch a komponentoch odolných voči opotrebovaniu. Ultrazvukové obrábanie možno použiť na obrábanie karbidu volfrámu do zložitých tvarov s vysokou presnosťou.
Zliatiny titánu sú ďalšou dôležitou skupinou kovov v leteckom a lekárskom priemysle. Majú vysokú pevnosť, nízku hustotu a vynikajúcu odolnosť proti korózii. Ultrazvukové obrábanie je možné použiť na obrábanie titánových zliatin na komponenty, ako sú lopatky turbín a zubné implantáty, kde sa vyžaduje vysoká presnosť a kvalita povrchu. Môžete nájsť ďalšie podrobnosti o našejCNC obrábanie kovových dielovslužbu na našej webovej stránke.
3. Výhody použitia vhodných materiálov pri ultrazvukovom obrábaní
- Vysoká presnosť: Vyššie uvedené materiály sú vhodné na obrábanie ultrazvukom, pretože je možné ich obrábať s vysokou presnosťou. Abrazívne pôsobenie ultrazvukového procesu umožňuje vytváranie jemných prvkov a úzkych tolerancií.
- Minimálne tepelné poškodenie: Ultrazvukové obrábanie je proces s relatívne nízkou teplotou. To znamená, že dochádza k minimálnemu tepelnému poškodeniu obrobku, čo je dôležité najmä pri materiáloch citlivých na teplo, ako je keramika a kompozity.
- Komplexné tvary: Ultrazvukové obrábanie možno použiť na vytváranie zložitých tvarov, ktoré je ťažké alebo nemožné dosiahnuť tradičnými metódami obrábania. To je obzvlášť užitočné pre priemyselné odvetvia, ako je letecký a elektronický priemysel, kde sú potrebné zložité komponenty.
4. Úvahy o ultrazvukovom obrábaní rôznych materiálov
- Výber brusiva: Výber abrazívnych častíc v suspenzii je rozhodujúci. Rôzne materiály vyžadujú rôzne typy a veľkosti brúsnych častíc. Napríklad tvrdšie materiály, ako je keramika, môžu vyžadovať tvrdšie brúsivá, ako je diamant alebo karbid bóru, zatiaľ čo mäkšie materiály môžu byť opracované pomocou brúsiv z karbidu kremíka alebo oxidu hlinitého.
- Dizajn nástrojov: Konštrukcia ultrazvukového nástroja závisí aj od obrábaného materiálu. Nástroj by mal byť vyrobený z materiálu, ktorý odolá vysokofrekvenčným vibráciám a abrazívnemu pôsobeniu. Pre tvrdé materiály môže byť potrebné, aby bol nástroj vyrobený z vysoko pevnej zliatiny.
- Parametre obrábania: Parametre obrábania, ako je amplitúda vibrácií, frekvencia a rýchlosť posuvu, musia byť optimalizované pre každý materiál. Tieto parametre ovplyvňujú rýchlosť úberu materiálu, povrchovú úpravu a opotrebovanie nástroja.
5. Záver
Ako dodávateľ presného obrábania chápeme dôležitosť výberu správnych materiálov pre ultrazvukové obrábanie. Keramika, sklo, kompozity a tvrdé kovy sú vhodné materiály na obrábanie ultrazvukom, pričom každý má svoje vlastné jedinečné vlastnosti a aplikácie. Použitím vhodných materiálov a optimalizáciou parametrov obrábania môžeme dosiahnuť vysoko presné výsledky obrábania.
Ak potrebujete služby presného obrábania pomocou techník ultrazvukového obrábania alebo máte akékoľvek otázky týkajúce sa materiálov vhodných pre tento proces, odporúčame vám kontaktovať nás kvôli obstarávaniu a ďalšej diskusii. Náš tím odborníkov je pripravený pomôcť vám nájsť najlepšie riešenia pre vaše špecifické požiadavky.
Referencie
- Black, JT a Kohser, RA (2006). DeGarmo materiály a procesy vo výrobe. John Wiley & Sons.
- Kalpakjian, S., & Schmid, SR (2009). Výrobné inžinierstvo a technológia. Pearson Prentice Hall.
- Stephenson, DA a Agapiou, JS (2019). Teória a prax rezania kovov. CRC Press.
