Ултразвукова механична обработка

Дефиниция на процеса и принцип на работа

Ултразвуковата механична обработка (USM - Ultrasonic Machining) е нетрадиционен, изцяло механичен метод за обработка на материали чрез контролирано микроразрушаване. Процесът се осъществява чрез насоченото действие на инструмент, вибриращ с висока честота и малка амплитуда, който предава кинетична енергия на абразивни зърна, спрени в течна суспензия между инструмента и детайла. Тъй като методът не разчита на термични, химически или електрически процеси за отнемане на материал, той не променя металургичната структура на детайла и не създава топлинно засегнати зони (HAZ).

Физически механизми на отнемане на материал:

Отнемането на материал при класическата ултразвукова обработка се базира на три синергични физически механизма:

1. Механично набиване (Direct Hammering): Вибриращият сонотрод (инструмент) удря периодично свободно движещите се абразивни зърна в суспензията, забивайки ги в повърхността на обработвания детайл. Поради изключително високата твърдост и крехкост на детайла, под локалната точка на контакт се концентрира напрежение, надвишаващо границата на якост на материала. Това инициира мрежа от микропукнатини (конуси на Херц, латерални и медианни пукнатини). При следващите удари пукнатините се съединяват и материалът се отделя под формата на микроскопични отломки (micro-chipping). Този механизъм осигурява между 80% и 90% от общото отнемане.

2. Микроударна ерозия (Free Impact): Абразивните зърна, увлечени от бързото движение на флуида под инструмента, придобиват висока кинетична енергия и се ускоряват към повърхността на детайла. При сблъсъка си с нея те предизвикват ерозионно износване и микронапукване.

   Кинематика, оси и конфигурация на машината

   Машините за ултразвукова механична обработка се състоят от две основни системи: акустична глава (генератор на ултразвук и акустичен възел) и CNC-координирана кинематична система за прецизно подаване.

   Акустичен пакет (Acoustic Stack):

   Акустичният пакет е сърцевината на машината и включва следните компоненти в последователна верига:

   Режещи инструменти и геометрия

   При ултразвуковата механична обработка инструментът не притежава остри режещи ръбове, предни или задни ъгли. Формата му съответства на негативния образ на обработваната кухина с корекция за размера на абразивните зърна и страничната междина.