Ultrasonische Bewerking Uitgelegd: Hoge-Frequentie Trilling Precisie Verwijdering

Heb je ooit gehoord van ultrasonische bewerking? Ook bekend als ultrasonische trillingsbewerking, is het een productieproces dat gebruikt wordt om materiaal van een werkstuk te verwijderen door middel van hoge-frequente trillingen gecombineerd met deeltjes.

Een ultrasonisch gereedschap creëert essentieel veel kleine trillingen die, over tijd, materiaal van het werkstuk verwijderen waar het mee gebruikt wordt. Om meer te leren over ultrasonische bewerking en hoe het werkt, lees verder.

Wat Is Ultrasonische Bewerking?

Ultrasonische bewerking is een subtractieve productieproces dat materiaal van het oppervlak van een onderdeel verwijdert door hoge frequentie, lage amplitude trillingen van een gereedschap tegen het materiaaloppervlak in de aanwezigheid van fijn abrasieve deeltjes. Het gereedschap beweegt verticaal of orthogonaal tot het oppervlak van het onderdeel met amplitudes van 0,05 tot 0,125 mm (0,002 tot 0,005 in.).

De fijn abrasieve korrels worden met water gemengd om een slurry te vormen die over het onderdeel en de top van het gereedschap wordt verdeeld. Typische korrelgroottes van het abrasieve materiaal variëren van 100 tot 1000, waarbij kleinere korrels (hoger korrelnummer) gladere oppervlakteafwerkingen produceren.

Ultrasonische trillingsbewerking wordt typisch gebruikt op broos materiaal alsook materialen met een hoge hardheid vanwege de microkraakmechanica.

Met ultrasonische bewerking creëert een gereedschap trillingen die micro-gedeeltes naar het werkstuk projecteren. De deeltjes worden typisch met water of andere vloeistoffen gemengd om een slurry te creëren.

Wanneer het ultrasonisch gereedschap geactiveerd wordt, projecteert het deze deeltjes met een hoge snelheid naar het oppervlak van het werkstuk. De abrasieve aard van de deeltjes helpt om materiaal van het werkstukoppervlak af te slijpen.

Ultrasonische Bewerkingsproces

Het gereedschap in de machine voor het snijden van de materialen is gemaakt van een zacht materiaal vergeleken met het werkstuk. Het gereedschap wordt meestal gemaakt van materialen zoals zacht staal en nikkel. Wanneer het gereedschap trilt, wordt de abrasieve slurry (vloeistof) toegevoegd die abrasieve korrels en deeltjes bevat.

De abrasieve slurry wordt toegevoegd totdat de werkstukken interageren met de korrels. Vanwege de deeltjes van de vloeistof die wordt toegevoegd, slijt de broosheid van het werkstuk het oppervlak af, terwijl het gereedschap geleidelijk vervormt.

Werkprincipe van Ultrasonische Bewerking

De tijd die doorgebracht wordt op de ultrasonische machine hangt volledig af van de frequentie van het trillende gereedschap. Het hangt ook af van de korrelgrootte van de abrasieve slurry, de rigiditeit en de viscositeit.

De korrels die in de abrasieve vloeistof gebruikt worden, zijn meestal boorkarbide of siliciumkarbide omdat ze rigider zijn dan andere. Het gebruikte abrasieve kan gemakkelijk weggevoerd worden als de viscositeit van de slurry-vloeistof lager is.

Types van Ultrasonische Bewerking

1. Rotary Ultrasonische Trillingsbewerking

Bij rotary ultrasonische trillingsbewerking (RUM) kan het verticaal oscillerende gereedschap om de verticale centrumlijn van het gereedschap draaien. In plaats van een abrasieve slurry te gebruiken om materiaal te verwijderen, is het oppervlak van het gereedschap geïmpregneerd met diamanten die het oppervlak van het onderdeel afslijpen.

Rotary ultrasonische machines zijn gespecialiseerd in het bewerken van geavanceerde keramieken en legeringen zoals glas, kwarts, structurele keramieken, Ti-legeringen, alumina en siliciumkarbide. Rotary ultrasonische machines worden gebruikt om diepe gaten met een hoog niveau van precisie te produceren.

Rotary ultrasonische trillingsbewerking is een relatief nieuw productieproces dat nog steeds uitgebreid wordt onderzocht. Momenteel proberen onderzoekers dit proces aan te passen aan het micro-niveau en de machine te laten werken vergelijkbaar met een freesmachine.

2. Chemisch-Gecorrigeerde Ultrasonische Trillingsbewerking

Bij chemisch-geassisteerde ultrasonische bewerking (CUSM) wordt een chemisch reactieve abrasieve vloeistof gebruikt om een grotere bewerking van glas en keramische materialen te garanderen. Door een zure oplossing te gebruiken, zoals fluorwaterstofzuur, kunnen bewerkingskenmerken zoals materiaalverwijderingssnelheid en oppervlakkwaliteit aanzienlijk verbeterd worden vergeleken met traditionele ultrasonische bewerking.

Hoewel de bewerkingstijd en oppervlakteruwheid afnemen met CUSM, is de ingangsprofiel-diameter iets groter dan normaal door de additionele chemische reactiviteit van de nieuwe slurry-keuze. Om de omvang van deze vergroting te beperken, moet de zuurgehalte van de slurry zorgvuldig geselecteerd worden om de veiligheid van de gebruiker en een kwaliteitsproduct te garanderen.

Toepassingen van Ultrasonische Bewerking

De toepassingen van Ultrasonische Bewerking zijn:

• Bewerken van zeer nauwkeurige en ingewikkelde gevormde artikelen.
• Borgen van ronde gaten van elke vorm.
• Slijpen van broos materiaal.
• Profileren van gaten.
• Graveren
• Uitsteken en muntslaan
• Draadschnijden
• Zagen en brochen harde materialen.
• Bewerken van glazen, keramieken.
• Bewerken van nauwkeurige minerale stenen, wolfram.
• Piercen van stempelen en voor afscheiding operaties.
• Dit is nauwkeurig genoeg om gebruikt te worden in de creatie van micro-electro-mechanische systeemcomponenten zoals micro-gestructureerde glas wafers
• Diamant wordt gesneden voor de gewenste vormen.

Voordelen van Ultrasonische Bewerking

Er zijn tientallen andere productieprocessen in staat om materiaal van werkstukken te verwijderen, hun toepassingen zijn typisch beperkt tot werkstukken gemaakt van sterke en duurzame materialen. Ultrasonische bewerking is uniek, echter, omdat het in staat is om materiaal van bijna alle typen werkstukken te verwijderen, inclusief die gemaakt van harde en broos materialen.

Of een werkstuk nu gemaakt is van glas, keramiek of zelfs kwarts, de fysieke afmetingen kunnen worden gewijzigd met ultrasonische bewerking.

Ultrasonische bewerking vereist geen verwarmen van werkstukken. Als een werkstuk gevoelig is voor thermische fluctuaties, kan het veilig worden gewijzigd met dit bewerkingsproces. Tijdens ultrasonische bewerking blijft de temperatuur van het werkstuk hetzelfde. Met andere woorden, het proces vereist noch verwarmen noch afkoelen van het werkstuk.

Bovendien biedt ultrasonische bewerking hogere toleranties dan veel andere bewerkingsprocessen. Het is in staat om werkstukken met hoge toleranties te wijzigen die niet mogelijk zijn met andere bewerkingsprocessen.

Nadelen van Ultrasonische Bewerking

Aan de andere kant, zijn er een paar nadelen van ultrasonische bewerking, een van welke een langzamere-dan-gemiddelde materiaalverwijderingssnelheid is. Het is geen bijzonder snelle manier om materiaal van werkstukken te verwijderen.

Teegenovergesteld, het is langzamer dan de meeste andere bewerkingsprocessen. Voor productiebedrijven die op zoek zijn naar massaproductieprocessen, kan ultrasonische bewerking een slechte keuze zijn.

Naast een langzamere-dan-gemiddelde materiaalverwijderingssnelheid, ondersteunt ultrasonische bewerking niet het gebruik van diepe gaten. Het is niet ongebruikelijk voor productiebedrijven om gaten in werkstukken te boren voordat ze aan een ultrasonisch bewerkingsgereedschap worden blootgesteld. Als een gat te diep is, kan de slurry het niet vullen.