Procesamiento ultrasónico: tecnología, ventajas y desventajas

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

La industria metalúrgica en esta etapa de desarrollo es capaz de resolver las complejas tareas de corte y taladrado de piezas de trabajo de diversos grados de dureza. Esto fue posible gracias al desarrollo de formas fundamentalmente nuevas de influir en el material, incluido un amplio grupo de métodos electromecánicos. Una de las tecnologías más efectivas de este tipo es el procesamiento ultrasónico (UZO), basado en los principios de la radiación electroacústica.

Principios de RCD dimensional

Durante el procesamiento dimensional, los cortadores mecánicos habituales y los abrasivos actúan como una herramienta de influencia directa. La diferencia clave en este método radica en la fuente de energía que alimenta la herramienta. En esta capacidad, el generador de corriente ultrasónica opera a frecuencias de 16 a 30 kHz. el provocaoscilaciones de los mismos granos abrasivos a frecuencia ultrasónica, lo que asegura la característica calidad de procesamiento. Además, es necesario señalar la variedad de tipos de acción mecánica. No se trata solo de los elementos habituales de corte y rectificado, sino también de la deformación de la estructura manteniendo su volumen. Además, el dimensionamiento ultrasónico garantiza que las partículas de la pieza de trabajo se mantengan al mínimo incluso durante el corte. Granos que afectan al material salpicado de micropartículas que no afectan al diseño del producto. De hecho, no hay destrucción de la estructura por muestreo, sin embargo, puede ocurrir una propagación incontrolada de grietas.

Diferencias con la tecnología de plasma

En términos de calidad de procesamiento, los métodos ultrasónicos y de plasma tienen muchas características similares, lo que brinda la posibilidad de un corte de alta precisión. Pero también entre ellos hay una diferencia significativa en el principio de trabajo. Entonces, si UZO involucra un impacto intenso en el polvo abrasivo del lado de la herramienta de recorte con el apoyo de energía de un generador de ondas eléctricas, entonces el método de procesamiento de plasma usa gas ionizado cargado con iones y electrones como medio de trabajo. Es decir, las tecnologías de procesamiento ultrasónico y de plasma requieren igualmente el apoyo de un generador de energía suficientemente potente. En el primer caso, se trata de un aparato eléctrico de ultrasonidos, y en el segundo, de instalaciones gaseosas o isotérmicas de alta temperatura capaces de llevar el régimen de temperatura del medio de trabajo a 16.000 °C. Un componente importante del tratamiento con plasma es el uso de electrodos y plasma.sustancias que proporcionan alta potencia del arco guiado del cortador.

Máquinas de tratamiento ultrasónico

Ahora vale la pena detenerse con más detalle en el equipo utilizado en la implementación del RCD. En las grandes industrias, para tales fines, se utilizan máquinas provistas de un grupo electrógeno para generar corriente alterna de frecuencia ultrasónica. La corriente generada se dirige al devanado del convertidor magnético que, a su vez, crea un campo electromagnético para el cuerpo de trabajo de la instalación. El procesamiento ultrasónico comienza con el hecho de que el punzón de la máquina comienza a vibrar, estando en un campo electromagnético. Las frecuencias de esta vibración las establece el generador en función de los parámetros establecidos que se requieren en un caso particular.

El punzón está hecho de un material magnetoestrictivo (una aleación de hierro, níquel y cob alto) que puede cambiar en dimensiones lineales bajo la acción de un transductor magnético. Y en la etapa crítica final, el punzón actúa sobre el polvo abrasivo a través de oscilaciones guiadas a lo largo de la guía de ondas-condensador. Además, la escala y el poder de procesamiento pueden ser diferentes. En los equipos considerados, la metalurgia industrial se realiza con la formación de estructuras masivas, pero también hay dispositivos compactos con un principio de funcionamiento similar, en los que se realiza un grabado de alta precisión.

Técnica RCD dimensional

Después de instalar el equipo y preparardel material objetivo, la suspensión abrasiva se suministra al área de la operación, es decir, al espacio entre la superficie del producto y el extremo oscilante. Por cierto, los carburos de silicio o boro generalmente se usan como abrasivo en sí. En las líneas automatizadas, el agua se utiliza para la entrega y el enfriamiento del polvo. El procesamiento ultrasónico directo de metales consta de dos operaciones:

• Penetración por impacto de partículas abrasivas en la superficie deseada de la pieza de trabajo, como resultado de lo cual se forma una red de microfisuras y se perforan micropartículas del producto.
• Circulación de material abrasivo en la zona de procesamiento: los granos usados se reemplazan por flujos de partículas nuevas.

Una condición importante para la efectividad de todo el proceso es mantener un ritmo alto en ambos procedimientos hasta el final del ciclo. De lo contrario, los parámetros de procesamiento cambian y la precisión de la dirección del abrasivo disminuye.

Características del proceso

Los parámetros de procesamiento óptimos para una tarea específica están preestablecidos. Se tienen en cuenta tanto la configuración de la acción mecánica como las propiedades del material de la pieza. Las características promedio del tratamiento ultrasónico se pueden representar de la siguiente manera:

• El rango de frecuencia del generador de corriente es de 16 a 30 kHz.
• La amplitud de oscilación del punzón o su herramienta de trabajo: el espectro inferior al comienzo de la operación es de 2 a 10 micrones, y el nivel superior puede alcanzar los 60 micrones.
• Saturación de lodo abrasivo - de 20 a 100 mil.granos por cubo de 1 cm.
• Diámetro de los elementos abrasivos: de 50 a 200 micrones.

La variación de estos parámetros permite no solo el procesamiento lineal individual de alta precisión, sino también la formación precisa de ranuras y recortes complejos. En muchos sentidos, trabajar con geometrías complejas se ha vuelto posible debido a la perfección de las características de los punzones, que pueden afectar la composición del abrasivo en diferentes modelos con una superestructura delgada.

Desbarbado con RCD

Esta operación se basa en un aumento de la cavitación y actividad erosiva del campo acústico cuando se introducen partículas ultra pequeñas de 1 micra en el flujo abrasivo. Este tamaño es comparable al radio de influencia de la onda de sonido de choque, lo que permite destruir las áreas débiles de las rebabas. El proceso de trabajo se organiza en un medio líquido especial con una mezcla de glicerina. También se utiliza un equipo especial como contenedor: un fitomezclador, en un vaso del cual se pesan abrasivos y una parte de trabajo. Tan pronto como se aplica una onda acústica al medio de trabajo, comienza el movimiento aleatorio de partículas abrasivas, que actúan sobre la superficie de la pieza de trabajo. Granos finos de carburo de silicio y electrocorindón en una mezcla de agua y glicerina proporcionan un desbarbado eficaz de hasta 0,1 mm de tamaño. Es decir, el tratamiento ultrasónico proporciona una eliminación precisa y de alta precisión de los microdefectos que podrían permanecer incluso después del pulido mecánico tradicional. Si estamos hablando de rebabas grandes, entonces tiene sentido aumentar la intensidad del proceso agregando elementos químicos al recipiente.como vitriolo azul.

Limpieza de piezas con RCD

En las superficies de las piezas en bruto de metal en funcionamiento, puede haber varios tipos de recubrimientos e impurezas que, por una razón u otra, no se pueden eliminar mediante la limpieza abrasiva tradicional. En este caso, también se utiliza la tecnología de procesamiento ultrasónico de cavitación en medio líquido, pero con una serie de diferencias con el método anterior:

• El rango de frecuencia variará de 18 a 35 kHz.
• Los disolventes orgánicos como el freón y el alcohol etílico se utilizan como medio líquido.
• Para mantener un proceso de cavitación estable y una fijación confiable de la pieza de trabajo, se requiere configurar el modo de operación resonante del fitomezclador, cuya columna de líquido corresponderá a la mitad de la longitud de la onda ultrasónica.

Perforación de diamante asistida por ultrasonidos

El método implica el uso de una herramienta de diamante giratoria, que es impulsada por vibraciones ultrasónicas. Los costes energéticos para el proceso de tratamiento superan el volumen de recursos necesarios con los métodos tradicionales de actuación mecánica, alcanzando los 2000 J/mm3. Esta potencia le permite perforar con un diámetro de hasta 25 mm a una velocidad de 0,5 mm/min. Además, el procesamiento ultrasónico de materiales mediante perforación requiere el uso de refrigerante en grandes volúmenes de hasta 5 l/min. Los flujos de fluido también eliminan el polvo fino de las superficies de la herramienta y la pieza de trabajo,formado durante la destrucción del abrasivo.

Control del rendimiento de RCD

El proceso tecnológico está bajo el control del operador, quien monitorea los parámetros de las vibraciones actuantes. En particular, esto se aplica a la amplitud de las oscilaciones, la velocidad del sonido, así como la intensidad del suministro de corriente. Con la ayuda de estos datos, se asegura el control del entorno de trabajo y el impacto del material abrasivo en la pieza de trabajo. Esta característica es especialmente importante en el procesamiento ultrasónico de instrumentos, cuando se pueden usar varios modos de operación del equipo en un proceso tecnológico. Los métodos de control más progresivos involucran la participación de medios automáticos para cambiar los parámetros de procesamiento basados en las lecturas de los sensores que registran los parámetros del producto.

Ventajas de la tecnología ultrasónica

El uso de la tecnología RCD proporciona una serie de ventajas, que se manifiestan en diversos grados según el método específico de su implementación:

• La productividad del proceso de mecanizado aumenta varias veces.
• El desgaste de la herramienta ultrasónica se reduce entre 8 y 10 veces en comparación con los métodos de mecanizado convencionales.
• Al perforar, los parámetros de procesamiento aumentan en profundidad y diámetro.
• Aumenta la precisión de la acción mecánica.

Defectos de la tecnología

La amplia aplicación de este método aún se ve obstaculizada por una serie de deficiencias. Se relacionan principalmente con la complejidad tecnológica de la organización.proceso. Además, el procesamiento ultrasónico de piezas requiere operaciones adicionales, incluida la entrega de material abrasivo al área de trabajo y la conexión de equipos para refrigeración por agua. Estos factores también pueden aumentar el costo del trabajo. Al dar servicio a los procesos industriales, los costos de energía también aumentan. Se requieren recursos adicionales no solo para garantizar el funcionamiento de las unidades principales, sino también para el funcionamiento de los sistemas de protección y colectores de corriente que transmiten señales eléctricas.

Conclusión

La introducción de la tecnología de abrasivos ultrasónicos en los procesos de metalurgia se debió a las limitaciones en el uso de métodos tradicionales de corte, taladrado, torneado, etc. A diferencia de un torno convencional, la metalurgia ultrasónica es capaz de trabajar eficazmente con materiales de mayor dureza.. El uso de esta tecnología hizo posible realizar operaciones de mecanizado en acero templado, aleaciones de carburo de titanio, productos que contienen tungsteno, etc. Al mismo tiempo, se garantiza una alta precisión de acción mecánica con un daño mínimo a la estructura ubicada en el trabajo. área. Pero, como ocurre con otras tecnologías innovadoras como el corte por plasma, el láser y el procesamiento por chorro de agua, aún existen problemas económicos y organizativos cuando se utilizan estos métodos de procesamiento de metales.