Ultraschallbearbeitung & Rotations-Ultraschallbearbeitung & Ultraschall-Prallschleifen

Another popular NON-CONVENTIONAL MACHINING technique we frequently use is ULTRASONIC MACHINING (UM), also widely known as ULTRASONIC SCHLAGSCHLEIFEN, bei dem Material von einer Werkstückoberfläche durch Mikrochipping und Erosion mit Schleifpartikeln unter Verwendung eines vibrierenden Werkzeugs entfernt wird, das bei Ultraschallfrequenzen oszilliert, unterstützt durch einen Schleifschlamm, der frei zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug fließt. Es unterscheidet sich von den meisten anderen konventionellen Bearbeitungsvorgängen, da sehr wenig Wärme erzeugt wird. Die Spitze des Ultraschall-Bearbeitungswerkzeugs wird als „Sonotrode“ bezeichnet, die mit Amplituden von 0,05 bis 0,125 mm und Frequenzen um 20 kHz schwingt. Die Schwingungen der Spitze übertragen hohe Geschwindigkeiten auf feine Schleifkörner zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche. Das Werkzeug berührt das Werkstück nie und daher beträgt der Schleifdruck selten mehr als 2 Pfund. Dieses Arbeitsprinzip macht diese Operation perfekt für die Bearbeitung extrem harter und spröder Materialien wie Glas, Saphir, Rubin, Diamant und Keramik. Die Schleifkörner befinden sich in einer Wasseraufschlämmung mit einer Konzentration zwischen 20 bis 60 Vol.-%. Die Aufschlämmung fungiert auch als Träger des Abfalls weg von der Schneide-/Bearbeitungsregion. Als Schleifkörner verwenden wir hauptsächlich Borcarbid, Aluminiumoxid und Siliziumcarbid mit Körnungen von 100 für Schruppbearbeitungen bis 1000 für unsere Schlichtbearbeitungen. Die Ultraschall-Bearbeitungstechnik (UM) eignet sich am besten für harte und spröde Materialien wie Keramik und Glas, Hartmetalle, Edelsteine, gehärtete Stähle. Die Oberflächenbeschaffenheit der Ultraschallbearbeitung hängt von der Härte des Werkstücks/Werkzeugs und dem durchschnittlichen Durchmesser der verwendeten Schleifkörner ab. Die Werkzeugspitze besteht im Allgemeinen aus kohlenstoffarmem Stahl, Nickel und weichen Stählen, die durch den Werkzeughalter an einem Wandler befestigt sind. Das Ultraschall-Bearbeitungsverfahren nutzt die plastische Verformung von Metall für das Werkzeug und die Sprödigkeit des Werkstücks. Das Werkzeug vibriert und drückt auf die Schleifmittelaufschlämmung, die Körner enthält, bis die Körner auf das spröde Werkstück treffen. Bei diesem Vorgang wird das Werkstück zerkleinert, während sich das Werkzeug ganz leicht biegt. Mit feinen Schleifmitteln erreichen wir Maßtoleranzen von 0,0125 mm und noch besser mit Ultraschallbearbeitung (UM). Die Bearbeitungszeit hängt von der Frequenz ab, mit der das Werkzeug vibriert, der Korngröße und -härte sowie der Viskosität der Aufschlämmungsflüssigkeit. Je dünnflüssiger die Slurry-Flüssigkeit ist, desto schneller kann sie verbrauchtes Strahlmittel abtransportieren. Die Korngröße muss gleich oder größer als die Härte des Werkstücks sein. Beispielsweise können wir mehrere ausgerichtete Löcher mit einem Durchmesser von 0,4 mm auf einem 1,2 mm breiten Glasband mit Ultraschallbearbeitung bearbeiten.

 

 

 

Lassen Sie uns ein wenig in die Physik des Ultraschall-Bearbeitungsprozesses einsteigen. Mikrochipping bei der Ultraschallbearbeitung ist möglich dank der hohen Spannungen, die durch Partikel erzeugt werden, die auf die feste Oberfläche auftreffen. Die Kontaktzeiten zwischen Partikeln und Oberflächen sind sehr kurz und liegen in der Größenordnung von 10 bis 100 Mikrosekunden. Die Kontaktzeit kann ausgedrückt werden als:

 

bis = 5r/Co x (Co/v) exp 1/5

 

Dabei ist r der Radius des kugelförmigen Teilchens, Co die Geschwindigkeit der elastischen Welle im Werkstück (Co = Quadratwurzel E/d) und v die Geschwindigkeit, mit der das Teilchen auf die Oberfläche trifft.

 

Die Kraft, die ein Teilchen auf die Oberfläche ausübt, ergibt sich aus der Impulsänderungsrate:

 

F = d(mv)/dt

 

Hier ist m die Kornmasse. Die durchschnittliche Kraft der Partikel (Körner), die auf die Oberfläche auftreffen und von ihr abprallen, beträgt:

 

Favg = 2mv / zu

 

Hier ist die Kontaktzeit. Wenn Zahlen in diesen Ausdruck eingefügt werden, sehen wir, dass, obwohl die Teile sehr klein sind, da die Kontaktfläche ebenfalls sehr klein ist, die Kräfte und damit die ausgeübten Spannungen erheblich hoch sind, um Mikrochips und Erosion zu verursachen.

 

 

 

ROTARY ULTRASONIC MACHINING (RUM): Dieses Verfahren ist eine Variante der Ultraschallbearbeitung, bei der wir die Schleifmittelaufschlämmung durch ein Werkzeug ersetzen, das metallgebundene Diamantschleifmittel enthält, die entweder imprägniert oder auf der Werkzeugoberfläche galvanisiert wurden. Das Werkzeug wird gedreht und mit Ultraschall vibriert. Wir pressen das Werkstück mit konstantem Druck gegen das rotierende und vibrierende Werkzeug. Der Rotations-Ultraschall-Bearbeitungsprozess gibt uns Fähigkeiten wie die Herstellung tiefer Löcher in harten Materialien bei hohen Materialabtragsraten.

 

 

 

Da wir eine Reihe konventioneller und unkonventioneller Fertigungstechniken einsetzen, können wir Ihnen bei Fragen zu einem bestimmten Produkt und der schnellsten und wirtschaftlichsten Herstellungs- und Herstellungsmethode behilflich sein.