Werkingsprincipe van ultrasoon bewerken
De afbeelding toont de ultrasone bewerking. De elektronische oscillator en versterker, ook wel generator genoemd, zet de beschikbare elektrische energie van lage frequentie om in hoogfrequent vermogen in de orde van grootte van 20 kHz, dat aan de transducer wordt geleverd.
De transducer werkt door middel van magnetronstrictie. De hoogfrequente voeding activeert de stapel van het magnetostrictieve materiaal dat een longitudinale trilbeweging van het gereedschap produceert. De amplitude van deze trilling is onvoldoende voor snijdoeleinden. Dit wordt daarom overgebracht op het penetratiegereedschap via een mechanische focusseerinrichting die een intense trilling met de gewenste amplitude aan het uiteinde van het gereedschap verschaft.
De mechanische focusseerinrichting wordt ook wel een snelheidstransformator genoemd. Dit is een taps toelopende schacht of wordt 'hoorn' genoemd. Het bovenste uiteinde wordt vastgeklemd of gesoldeerd aan de onderkant van het magnetostrictieve materiaal. Zijn ondereinde is voorzien van middelen om het gereedschap vast te zetten.
Al deze onderdelen, inclusief het gereedschap gemaakt van koolstofarm of roestvrij staal in de vorm van de gewenste holte, fungeren als één elastisch lichaam dat de trillingen overbrengt op de punt van het gereedschap.
De meest gebruikte schuurmiddelen zijn
aluminiumoxide (aluminiumoxide), boorcarbide, siliciumcarbide en diamantstof. Boor is het duurste schuurmateriaal en is het meest geschikt voor het snijden van wolfraamcarbide, gereedschapsstaal en edelstenen. Silicium vindt de meeste toepassing. Voor het snijden van glas en keramiek wordt aluminiumoxide als het beste gevonden.
De schuurmiddelsuspensie wordt door pompen naar de uitrustingsstukinterface verspreid. Een gekoeld koelsysteem wordt gebruikt om de schuurmiddelsuspensie af te koelen tot een temperatuur van 5 à 6 ° C. Een goede methode is om de mest in een bad in de snijzone te houden.
De grootte van het schuurmiddel varieert tussen 200 grit en 2000 grit. Grove soorten zijn goed voor voorbewerken, terwijl fijnere soorten, zeg 1000 grit, worden gebruikt voor het nabewerken. Verse schuurmiddelen snijden beter en de slurry moet daarom periodiek worden vervangen
Nauwkeurigheid
De maximale penetratiesnelheid in zachte en broze materialen zoals zacht keramiek is in de orde van 20 mm min, maar voor harde en taaie materialen is de penetratiesnelheid lager. Maatnauwkeurigheid tot t0,005 mm is mogelijk en oppervlakteafwerkingen tot een Ra-waarde van 0,1-0,125 micron kunnen worden verkregen.
Voor nabewerking is een minimale hoekradius van 0,10 mm mogelijk. De reeks maten USM-machines varieert van een licht draagbaar type met een input van ongeveer 20 W tot zware machines met een input tot 2 kW.
Beperkingen van het proces
De belangrijkste beperking van het proces zijn de relatief lage snijsnelheden van metaal. Het maximale verspaningsvolume is 3 mm® / s en het stroomverbruik is hoog. De diepte van cilindrische gaten is momenteel beperkt tot 2,5 keer de diameter van het gereedschap.
Slijtage van het gereedschap vergroot de hoek van het gat, terwijl scherpe hoeken afgerond worden. Dit impliceert dat het vervangen van gereedschap essentieel is bij het maken van nauwkeurige blinde gaten. Ook is het proces in zijn huidige vorm beperkt tot de machine op oppervlakken van relatief kleine afmetingen.
Recente ontwikkeling
Recent heeft er een nieuwe ontwikkeling plaatsgevonden in ultrasoon verspanen waarbij een met diamantstof geïmpregneerd gereedschap wordt gebruikt en geen slurry. Het gereedschap heeft zowel op ultrasone frequenties als gedraaid. Als het gereedschap niet kan worden gedraaid, kan het werkstuk worden gedraaid.
Deze innovatie heeft een aantal van de nadelen van het conventionele proces bij het boren van diepe gaten weggenomen. Zo kunnen de gatafmetingen binnen +0,125 mm worden gehouden. Gaten tot 75 mm diepte zijn geboord in keramiek zonder enige daling van de verspaningssnelheid zoals wordt ervaren in het conventionele proces.
Toepassing van ultrasone bewerking
De eenvoud van het proces maakt het economisch voor een breed scala aan toepassingen, zoals:
· Introductie van ronde gaten en gaten van elke vorm waarvoor een gereedschap kan worden gemaakt. Het bereik van verkrijgbare vormen kan worden vergroot door het werkstuk tijdens het snijden te verplaatsen.
· Bij verspanende bewerkingen zoals boren, slijpen, profileren en frezen van alle materialen, zowel geleidend als niet-geleidend.
· Bewerking van glas, keramiek, wolfraam en ander hard carbide, edelstenen zoals synthetische robijn.
· Bij het snijden van schroefdraad in componenten gemaakt van harde metalen en legeringen door het werkstuk of het gereedschap ongeveer te roteren en te transleren.
· Bij het maken van wolfraamcarbide en diamant draadtrekmatrijzen en matrijzen voor smeed- en extrusieprocessen.
· Een tandarts in staat stellen een gat van welke vorm dan ook in de tanden te boren zonder pijn te veroorzaken.
Voordelen van ultrasoon bewerken
· Extreem harde en broze materialen kunnen gemakkelijk worden bewerkt.
· Zeer nauwkeurige profielen en een goede oppervlakteafwerking kunnen gemakkelijk worden verkregen.
· Het bewerkte werkstuk is spanningsvrij.
· Het metaalverwijderingspercentage is laag.
· Door praktisch geen warmteontwikkeling in het proces, blijven de fysische eigenschappen van het werkmateriaal ongewijzigd.
· De operatie is geruisloos.
· De bediening van de apparatuur is redelijk veilig.
