Ультразвуковые технологии (или фрезерная, сверлильная, токарная и шлифовальная обработка с применением ультразвуковых технологий).

Ультразвуковые технологии находят широкое применение в современной обрабатывающей промышленности, обеспечивают высокую производительность при производстве деталей сложной формы из труднообрабатываемых высокотехнологичных материалов, таких как керамика, стекло, корунд, твердые сплавы, а также композитные материалы, позволяют совмещать ультразвуковую и фрезерную обработку сплавов, трудно поддающихся обработке резанием, а также обработку материалов, армированных стекловолокном, режущим инструментом с определенной геометрией режущей кромки. Достигается увеличение скорости и величины подачи, продление срока службы инструмента или обеспечиваются превосходные показатели шероховатости поверхности до Ra < 0,1 мкм. Наложение ультразвуковых колебаний в осевом направлении на вращение инструмента позволяет сократить усилия при обработке до 40 % по сравнению с традиционной обработкой.


Основные преимущества:

- Высокопроизводительная шлифовальная, фрезерная и сверлильная обработка твердых и хрупких, а также труднообрабатываемых современных материалов

- Усилия при обработке снижены до 40 %, что обеспечивает высокую производительность, качество поверхности, точность и увеличение срока службы инструмента


Можно выделить несколько крупных производителей оборудования и оснастки с применением ультразвуковых технологий:

- ультразвуковая технология ULTRASONIC применяемая в частности в компании DMG MORI на ряде современных станков http://www.ultrasonictech.com

- ультразвуковая технология ACOUSTECH научно производственной фирмы EWI из Колумбуса, штат Огайо

http://www.acoustechsystems.com

и др.

 
 
 

Обычно ультразвуковые технологии относят к специальным станкам, на которых применяются различные абразивные инструменты (в частности и алмазные) и специальные вспомогательные средства (оснастку, приспособления, электронные системы преобразования и контроля и т.д)


Наряду с этим производятся и отдельные системы для обычных металлообрабатывающих станков. К примеру, применение продукции Acoustech на обычном фрезерном обрабатывающем центре позволяет увеличить производительность обработки стандартным металлорежущим инструментом (сверла, фрезы) различных труднообрабатываемых материалов (титановых, жаропрочных сплавов, нержавеющих сталей и т.д.)

Acoustech подает вибрации на инструмент с частотой от 20 до 60 килогерц, амплитуда которых достигает 5-10 микрон.


Специалисты EWI описывают сам происходящий процесс так...

Спираль сверла по существу «раскручивается» и «перематывается» в сопоставимой степени. Таким образом, край спирали перемещается вперед и назад в разрезе до микроскопической степени. В результате система производит эквивалент цикла скручивания при кручении, причем режущая кромка практически распиливает материал по мере его прохождения. 

Подобный эффект происходит с концевыми фрезами. Поскольку технология многократно ослабляет сцепление материала с режущей кромкой, становится меньше трение на поверхности инструмента. Разница была измерена в тестовых срезах, и некоторые из измеренных улучшений производительности были существенными. В одном испытании, включающем сверление отверстий в нержавеющей стали 316, сила резания, измеренная с помощью Acoustech, оставалась меньше, чем у стандартного, самостоятельного резания, даже после увеличения скорости подачи для ультразвукового резания. При включенной системе Acoustech скорость подачи может быть увеличена вдвое, а измеренное усилие резания по-прежнему на 13 процентов меньше, чем было измерено для более медленного стандартного прохода сверления. По словам EWI, ультразвук также улучшил измеренную чистоту поверхности отверстия на 12-15 процентов.

В процессе фрезерования с участием концевой фрезы, с большим вылетом режущей части, инструмент отклонялся во время стандартного бокового фрезерования, что создавало недопустимую конусность детали. Когда процесс был запущен в тех же условиях с использованием системы Acoustech, измеренное усилие резания уменьшилось на 62 процента. Эта меньшая сила была достаточно слабой, чтобы инструмент не мог заметно изгибаться, что позволяло ему фрезеровать площадь поверхности не создавая дополнительных геометрических погрешностей.


Это сокращение силы резания обеспечивает ряд потенциальных преимуществ, отмечает г-н Шорт. В дополнение к потенциальному улучшению скорости подачи, срока службы инструмента и точности, меньшее усилие резания также означает снижение энергопотребления.

При обработке хрупких и твердых материалов, по сути процесс применения ультразвуковой технологии основан на том, что инструмент с большой частотой (18-60 кГц) ударяет по зернам абразивного материала, подаваемого вместе с водой в зону обработки. В свою очередь, абразивные зерна ударяют по обрабатываемому материалу и вызывает его локальное разрушение. Таким способом можно обрабатывать хрупкие и твердые материалы (стекло, гранит, мрамор, кафельная и керамическая плитка, фарфор, бетон, поделочные и драгоценные камни, пластины кремния), которые невозможно обрабатывать другими способами. Полученное отверстие копирует форму инструмента (в основном это алмазные инструменты)

Для ультразвуковой обработки характерно то, что в материале не возникает внутренних напряжений и нет опасности возникновения трещин.

Одна из интересных работ на данную тему "УЛЬТРАЗВУКОВАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ": Научная монография/ Алт. гос. Техн. Ун-т. им. И.И. Ползунова. - Барнаул: изд. АлтГТУ, 1997. - 120с.


Одной из Европейских из известнейших фирм по производству алмазных инструментов для обработки различных твердых и хрупких материалов является фирма Schott https://www.schott-diamantwerkzeuge.com/ultrasonic.html

Есть такого типа конструкции для универсальных станков с ЧПУ, например, у тайваньского производителя Acrow http://www.acrow-tools.com.tw

Еще такой китайский производитель Altrasonic https://www.altrasonicautomation.com

Тайваньский производитель KLI TECHNOLOGY CO., LTD http://www.toolingmachine.biz

Следует отметить, что современное применение ультразвуковых технологий не ограничивается только обрабатывающей промышленностью.

Среди наших компаний разработчиков ультразвуковой техники хотим выделить Бийский центр U-Sonic http://www.u-sonic.com

Видео демонстрирующие применение ультразвуковых технологий EWI (Acoustech)

Acoustech

Обработка видео...

AcousTech™ Machining

Обработка видео...

Видео демонстрирующее ультразвуковые технологии Ultrosonic

ULTRASONIC 2nd Generation: ULTRASONIC grinding, milling and drilling

Обработка видео...

ULTRASONIC Functional Principle

Обработка видео...

Видео демонстрирующее ультразвуковые технологии Acrow

丸榮超音波Acrow Ultrasonic-0 25mm鈦合金鑽孔Titanium drilling

Обработка видео...

丸榮超音波Acrow Ultrasonic - 不鏽鋼SUS304攻牙 SUS304 tapping M2

Обработка видео...

丸榮超音波Acrow Ultrasonic - 鈦合金铣牙 Titanium milling

Обработка видео...

丸榮超音波Acrow Ultrasonic - 氧化鋯深孔鑽孔Zirconia deep hole drilling

Обработка видео...

丸榮超音波Acrow Ultrasonic - 鈦合金加工 Titanium machining

Обработка видео...

丸榮超音波Acrow Ultrasonic - 鋁合金深槽加工Aluminum groove machining

Обработка видео...