Processamento ultrassônico: tecnologia, vantagens e desvantagens

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

A indústria metalúrgica nesta fase de desenvolvimento é capaz de resolver as complexas tarefas de corte e furação de peças de vários graus de dureza. Isso se tornou possível devido ao desenvolvimento de formas fundamentalmente novas de influenciar o material, incluindo um amplo grupo de métodos eletromecânicos. Uma das tecnologias mais eficazes desse tipo é o processamento ultrassônico (UZO), baseado nos princípios da radiação eletroacústica.

Princípios de RCD dimensional

Durante o processamento dimensional, as fresas mecânicas usuais e os abrasivos atuam como uma ferramenta direta de influência. A principal diferença neste método está na fonte de energia que alimenta a ferramenta. Nesta capacidade, o gerador de corrente ultrassônica opera em frequências de 16 a 30 kHz. Ele provocaoscilações dos mesmos grãos abrasivos em frequência ultrassônica, o que garante a qualidade característica do processamento. Além disso, é necessário observar a variedade de tipos de ação mecânica. Não são apenas os elementos usuais de corte e retificação, mas também a deformação da estrutura, mantendo seu volume. Além disso, o dimensionamento ultrassônico garante que as partículas da peça de trabalho sejam reduzidas ao mínimo, mesmo durante o corte. Grãos que afetam o material pontilham micropartículas que não afetam o design do produto. De fato, não há destruição da estrutura por amostragem, no entanto, pode ocorrer propagação descontrolada de trincas.

Diferenças da tecnologia de plasma

Em termos de qualidade de processamento, os métodos ultrassônico e plasma possuem muitos recursos semelhantes, proporcionando a possibilidade de corte de alta precisão. Mas também entre eles há uma diferença significativa no princípio do trabalho. Portanto, se o UZO envolve um impacto intenso no pó abrasivo do lado da ferramenta de corte com o suporte de energia de um gerador de ondas elétricas, o método de processamento a plasma usa gás ionizado carregado com íons e elétrons como meio de trabalho. Ou seja, as tecnologias de processamento ultrassônico e plasma requerem igualmente o suporte de um gerador de energia suficientemente potente. No primeiro caso, trata-se de um aparelho elétrico ultrassônico e, no segundo caso, instalações a gás de alta temperatura ou instalações isotérmicas capazes de levar o regime de temperatura do meio de trabalho a 16.000 °C. Um componente importante do tratamento com plasma é o uso de eletrodos esubstâncias que proporcionam alta potência do arco guiado da fresa.

Máquinas de Tratamento Ultrassônico

Agora vale a pena nos debruçarmos mais detalhadamente sobre os equipamentos utilizados na implementação do RCD. Em grandes indústrias, para tais fins, são utilizadas máquinas, providas de um grupo gerador para geração de corrente alternada de frequência ultrassônica. A corrente gerada é direcionada para o enrolamento do conversor magnético, que, por sua vez, cria um campo eletromagnético para o corpo de trabalho da instalação. O processamento ultrassônico começa com o fato de que o punção da máquina começa a vibrar, estando em um campo eletromagnético. As frequências desta vibração são definidas pelo gerador com base nos parâmetros definidos que são necessários em um caso particular.

O punção é feito de um material magnetostritivo (uma liga de ferro, níquel e cob alto) que pode mudar em dimensões lineares sob a ação de um transdutor magnético. E no estágio crítico final, o punção atua sobre o pó abrasivo através de oscilações guiadas ao longo do capacitor-guia de onda. Além disso, a escala e o poder de processamento podem ser diferentes. Nos equipamentos considerados, a metalurgia industrial é realizada com a formação de estruturas maciças, mas também existem dispositivos compactos com princípio de funcionamento semelhante, nos quais é realizada a gravação de alta precisão.

Técnica de RCD Dimensional

Depois de instalar o equipamento e preparardo material alvo, a pasta abrasiva é fornecida à área da operação - isto é, ao espaço entre a superfície do produto e a extremidade oscilante. By the way, carbonetos de silício ou boro são geralmente usados como o próprio abrasivo. Nas linhas automatizadas, a água é utilizada para o fornecimento de pó e resfriamento. O processamento diretamente ultrassônico de metais consiste em duas operações:

• Infiltração por impacto de partículas abrasivas na superfície pretendida da peça, formando uma rede de microfissuras e perfurando micropartículas do produto.
• Circulação de material abrasivo na zona de processamento - grãos usados são substituídos por fluxos de novas partículas.

Uma condição importante para a eficácia de todo o processo é manter um ritmo elevado em ambos os procedimentos até o final do ciclo. Caso contrário, os parâmetros de processamento mudam e a precisão da direção abrasiva diminui.

Características do processo

Os parâmetros de processamento ideais para uma tarefa específica são predefinidos. Tanto a configuração da ação mecânica quanto as propriedades do material da peça são levadas em consideração. As características médias do tratamento ultrassônico podem ser representadas da seguinte forma:

• A faixa de frequência do gerador de corrente é de 16 a 30 kHz.
• A amplitude de oscilação do punção ou sua ferramenta de trabalho - o espectro inferior no início da operação é de 2 a 10 mícrons, e o nível superior pode chegar a 60 mícrons.
• Saturação da pasta abrasiva - de 20 a 100 mil.grãos por cubo de 1 cm.
• Diâmetro dos elementos abrasivos - de 50 a 200 mícrons.

A variação desses parâmetros permite não apenas o processamento linear individual de alta precisão, mas também a formação precisa de ranhuras e recortes complexos. De muitas maneiras, trabalhar com geometrias complexas tornou-se possível devido ao aperfeiçoamento das características dos punções, que podem afetar a composição do abrasivo em diferentes modelos com superestrutura fina.

Rebarbação com RCD

Esta operação é baseada no aumento da cavitação e atividade erosiva do campo acústico quando partículas ultrapequenas de 1 mícron são introduzidas no fluxo abrasivo. Este tamanho é comparável ao raio de influência da onda sonora de choque, o que permite destruir áreas fracas de rebarbas. O processo de trabalho é organizado em um meio líquido especial com uma mistura de glicerina. Um equipamento especial também é usado como recipiente - um fitomixer, em um copo do qual há abrasivos pesados e uma peça de trabalho. Assim que uma onda acústica é aplicada ao meio de trabalho, inicia-se o movimento aleatório das partículas abrasivas, que atuam na superfície da peça. Grãos finos de carbeto de silício e eletrocorindo em uma mistura de água e glicerina proporcionam rebarbação eficaz de até 0,1 mm de tamanho. Ou seja, o tratamento ultrassônico fornece remoção precisa e de alta precisão de microdefeitos que podem permanecer mesmo após a retificação mecânica tradicional. Se estamos falando de grandes rebarbas, faz sentido aumentar a intensidade do processo adicionando elementos químicos ao recipientecomo vitríolo azul.

Limpeza de peças com RCD

Nas superfícies dos blanks metálicos trabalhados, podem existir vários tipos de revestimentos e impurezas que, por uma razão ou outra, não podem ser removidos pela limpeza abrasiva tradicional. Neste caso, também é utilizada a tecnologia de processamento ultrassônico de cavitação em meio líquido, mas com algumas diferenças em relação ao método anterior:

• A faixa de frequência varia de 18 a 35 kHz.
• Solventes orgânicos como freon e álcool etílico são usados como meio líquido.
• Para manter um processo de cavitação estável e fixação confiável da peça, é necessário definir o modo de operação ressonante do fitomixer, cuja coluna de líquido corresponderá a metade do comprimento da onda ultrassônica.

Perfuração diamantada suportada por ultrassom

O método envolve o uso de uma ferramenta rotativa diamantada, que é acionada por vibrações ultrassônicas. Os custos de energia para o processo de tratamento superam o volume de recursos necessários com métodos tradicionais de ação mecânica, chegando a 2000 J/mm3. Esta potência permite perfurar com um diâmetro de até 25 mm a uma velocidade de 0,5 mm/min. Além disso, o processamento ultrassônico de materiais por furação requer o uso de refrigerante em grandes volumes de até 5 l/min. Os fluxos de fluido também lavam o pó fino das superfícies da ferramenta e da peça de trabalho,formado durante a destruição do abrasivo.

Controle de desempenho do RCD

O processo tecnológico está sob o controle do operador, que monitora os parâmetros das vibrações atuantes. Em particular, isso se aplica à amplitude das oscilações, à velocidade do som e à intensidade do fornecimento de corrente. Com a ajuda desses dados, é garantido o controle do ambiente de trabalho e o impacto do material abrasivo na peça de trabalho. Esse recurso é especialmente importante no processamento ultrassônico de instrumentos, quando vários modos de operação do equipamento podem ser usados em um processo tecnológico. Os métodos de controle mais progressivos envolvem a participação de meios automáticos de alteração de parâmetros de processamento com base nas leituras de sensores que registram os parâmetros do produto.

Vantagens da tecnologia ultrassônica

O uso da tecnologia RCD oferece uma série de vantagens, que se manifestam em graus variados, dependendo do método específico de sua implementação:

• A produtividade do processo de usinagem aumenta várias vezes.
• O desgaste da ferramenta ultrassônica é reduzido em 8-10 vezes em comparação com os métodos convencionais de usinagem.
• Ao perfurar, os parâmetros de processamento aumentam em profundidade e diâmetro.
• Aumenta a precisão da ação mecânica.

Falhas da tecnologia

A ampla aplicação deste método ainda é prejudicada por uma série de deficiências. Eles estão relacionados principalmente à complexidade tecnológica da organização.processo. Além disso, o processamento ultrassônico de peças requer operações adicionais, incluindo a entrega de material abrasivo à área de trabalho e a conexão de equipamentos para resfriamento a água. Esses fatores também podem aumentar o custo da obra. Ao atender processos industriais, os custos de energia também aumentam. Recursos adicionais são necessários não apenas para garantir o funcionamento das unidades principais, mas também para a operação de sistemas de proteção e coletores de corrente que transmitem sinais elétricos.

Conclusão

A introdução da tecnologia abrasiva ultrassônica nos processos de usinagem ocorreu devido a limitações no uso de métodos tradicionais de corte, perfuração, torneamento, etc. Ao contrário de um torno convencional, a usinagem ultrassônica é capaz de lidar efetivamente com materiais de maior dureza. O uso desta tecnologia permitiu realizar operações de usinagem em aço endurecido, ligas de carboneto de titânio, produtos contendo tungstênio, etc. área. Mas, como é o caso de outras tecnologias inovadoras, como corte a plasma, laser e processamento por jato de água, ainda existem problemas econômicos e organizacionais ao usar esses métodos de processamento de metal.