Ультразвуковая обработка твердых и хрупких материалов

Введение

Напротив, ультразвуковая обработка представляет собой нетехладный, неикохимический и неэлектрический процесс обработки, который оставляет химический состав, микроструктуру материала и физические свойства заготовки без изменений. Иногда называют ультразвуковым ударочным измельчением (UIG) или вибрационной резки, процесс единого обмена сообщениями может использоваться для генерации широкого спектра сложных особенностей в продвинутых материалах.

Em - это процесс удаления механического материала, который может быть использован для обработки как проводящих, так и не металлических материалов с твердостью более 40 HRC (твердость роквелла, измеренная в масштабе C). Процесс UM можно использовать для машиностроения микро-функций, круглых и нечетных отверстий, слеполых полостей и функций OD / ID. Несколько функций могут быть пробурены одновременно, часто снижая полное время обработки значительно.

Высокочастотная энергия низкой амплитуды передается на сборку инструмента. Постоянный поток абразивных суспензии проходит между инструментом и заготовкой. Вибрационный инструмент, в сочетании с абразивной суспензией, равномерно из которых составляет материал, оставляя точное обратное изображение формы инструмента. Инструмент не вступает в контакт с материалом; Только абразивные зерна связываются с заготовкой.

В процессе единомышленников приводится низкочастотный электрический сигнал на преобразователь, который преобразует электрическую энергию на высокочастотный (~ 20 кГц) механическую вибрацию (см. Рисунок 2). Эта механическая энергия передается на узлу рога и инструмента и приводит к однонаправленной вибрации инструмента на ультразвуковой частоте с известной амплитудой. Стандартная амплитуда вибрации обычно составляет менее 0,002 дюйма. Уровень мощности для этого процесса находится в диапазоне от 50 до 3000 Вт. Давление применяется к инструменту в виде статической нагрузки.

Постоянный поток абразивной суспензии проходит между инструментом и заготовкой. Обычно используемые абразивы включают алмаз, карбид бора, карбид кремния и глинозема, а абразивные зерна подвешены в воде или подходящем химическом растворе. В дополнение к предоставлению абразивного зерна в зону резания, суспензия используется для промывания мусора. Вибрационный инструмент, в сочетании с абразивной суспензией, оставляют материал равномерно, оставляя точное обратное изображение формы инструмента.

Ультразвуковая обработка является свободным абразивным процессом обработки, который требует очень низкой силы, применяемой к абразивным зерна, что приводит к снижению требований к материалам и минимальным, без повреждений поверхности. Удаление материала в процессе единой системы обмена сообщениями может быть классифицировано на три механизма: механическое истирание с помощью непосредственного удара абразивных частиц в заготовку (мажор), микро-рэнь через воздействие свободных абразивов (несовершеннолетних) Эрозия и химический эффект (несовершеннолетний).²

Скорость удаления материала и шероховатость поверхности, генерируемая на обработке поверхности, зависят от свойств материала и параметров процесса, включая тип и размер абразивных зерновых, а также амплитуда вибрации, а также материала пористость, твердость и ударной вязкости. В целом, скорость удаления материала будет ниже для материалов с высокой материальной твердостью (H) и прочностью разрушения (KIC).

Параметры ультразвуковой обработки:

Метод ультразвуковой вибрационной обработки представляет собой эффективную технику резания для сложных томашинских материалов. Установлено, что механизм USM зависит от этих важных Параметры. 

 амплитуда колебаний инструмента (A0)

 Частота колебаний инструмента (F) 

 Материал инструмента 

 Тип абразива

 Размер зерна или размер срывище абразивов - D0 

 Feed Force - F 

 Расположение контакта инструмента - A 

 Объемная концентрация абразивных в водной суспензии - C 

 Соотношение твердости заготовки к твердости инструментов; λ = σw / σt

Хотя технологии производства хорошо развиваются для материалов, таких как металлы и их сплавы, значительные проблемы по-прежнему существуют в изготовлении твердых и хрупких материалов, включая керамику и стекло. Их превосходные физические и механические свойства приводят к длительному обращению и высокой стоимости добычи. Ультразвуковая обработка (USM) с использованием свободных абразивных частиц, подвешенных в жидкой суспензии для удаления материала, считается эффективным способом изготовления этих материалов. Эта работа сначала дает краткий обзор USM, а затем в основном рассматривает разработку модели моделирования этого процесса с использованием численной методики без сетки, сглаженной гидродинамикой частиц (SPH). Формирование трещин на рабочей поверхности, воздействующей на двух абразивных частицах, изучается для понимания удаления материала и взаимодействия абразивных частиц в USM. Эксперименты также проводятся для проверки результатов моделирования. Модель SPH доказана полезной для изучения USM и способна прогнозировать производительность обработки.

Твердые и хрупкие материалы, такие как стекло, керамика и кварцевый кристалл, получают все большее и больше внимания в последние годы из-за их превосходных свойств, таких как высокая твердость, высокая прочность, химическая стабильность и низкая плотность. Высокоэффективные продукты из этих материалов играют важную роль в различных промышленных областях, включая полупроводник, оптические компоненты, аэрокосмические и автомобильные отрасли [1, 2]. Однако значительные проблемы, такие как длительный цикл обработки и высокая добыча, все еще существуют в изготовлении твердых и хрупких материалов. Особые трудности являются производство микро- / наноструктуры с высокой эффективностью обработки, высокими аспектами, а также хорошие поверхности, обладающие остаточными напряжениями и микротрещинами. Следовательно, существует важная потребность в разработке точных и эффективных методов микромахии для этих материалов.

Нетрадиционные методы обрабатывающей обработки, такие как механическая обработка электрического разряда и обработка лазерного луча, были предложены машины твердые и хрупкие материалы. Однако даже эти процессы имеют видные ограничения, которые обрабатываемые поверхности всегда подвергаются воздействию нагрева ущерба, таких как перевоспалище, и тепловое напряжение. Ультразвуковая обработка (USM) является еще одним альтернативным методом изготовления как проводящих, так и непроводственных и хрупких материалов. Он известен как общий механический процесс, не страдающий от тепловых или химических эффектов, поэтому USM не будет термически термически повредить обрабатывающие объекты или не вызывает значительных уровней остаточного напряжения и химических изменений.