Ultraschallbearbeitung:Definition, Teile, Arbeitsweise, Vorteile, Nachteile, Anwendungen [mit PDF]

Ultraschallbearbeitung ist ein unkonventionelles subtraktives Bearbeitungsverfahren, das in der Industrie weit verbreitet ist, um spröde und härtere Materialien zu bearbeiten. Aufgrund der hohen Präzision ist es eine empfehlenswerte Bearbeitungsmethode für kritische Bauteile. Lassen Sie uns in diesem Artikel mehr über den Ultraschallbearbeitungsprozess, das Arbeitsprinzip, die wichtigsten Teile, Vor- und Nachteile erfahren.

Definition der Ultraschallbearbeitung

Die Ultraschallbearbeitung gehört zu einem unkonventionellen Bearbeitungsprozess, der speziell für die Bearbeitung von harten und spröden Materialien verwendet wird. Auch bei der Bearbeitung von Keramik findet die Ultraschallbearbeitung breite Anwendung.

Im Gegensatz zu anderen unkonventionellen Bearbeitungsverfahren wie Laserstrahlbearbeitung, Funkenerosionsbearbeitung erzeugt die Ultraschallbearbeitung keine Wärme oder Restspannungen auf dem Teil. Dies ist der Grund, warum Keramik und spröde Teile durch Ultraschallbearbeitung ohne Bruch leicht bearbeitet werden können.

Die Ultraschallbearbeitung wird auch als Ultraschall-Vibrationsbearbeitung bezeichnet da bei dieser Methode ein Werkzeug verwendet wird, das mit hoher Frequenz vibriert und in Kombination mit Schleifpartikeln Materialien vom Werkstück entfernt.

Schlüsselteile der Ultraschallmaschine

Es gibt hauptsächlich fünf Schlüsselteile in einem Ultraschallgerät

• Elektromechanischer Wandler
• Sonotrode
• Steuereinheit
• Abriebschlamm
• Abriebkanone

Elektromechanischer Wandler

Der elektromechanische Wandler ist mit der Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit verfügt über einen elektronischen Oszillator, der Wechselstrom erzeugt, der mit einer hohen Frequenz im Bereich von 28-40 kHz oszilliert.

Der elektromechanische Wandler wandelt diesen oszillierenden Strom in mechanische Schwingung um. Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Wandlern, die in Ultraschallgeräten verwendet werden.

• Piezoelektrischer Wandler
• Magnetostriktiver Wandler

Sonotrode

Der Wandler treibt die Sonotrode mit hohen Frequenzen und niedrigen Amplituden an. Ein Ende der Sonotrode ist mit dem Schallkopf verbunden, das andere Ende enthält das Werkzeug. Die Sonotrode besteht aus kohlenstoffarmem Stahl.

Steuereinheit

Das Steuergerät überträgt die Leistung. Es verfügt über einen elektronischen Oszillator, der Wechselstrom mit hohen Frequenzen erzeugt.

Abriebschlamm

Abriebmaterialien wie Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Borkarbid bilden beim Mischen mit Wasser einen Abriebschlamm. Der Wasseranteil liegt zwischen 20-60%.

Abriebkanone

Abriebpistole führt das Abriebpartikel-Wasser-Gemisch mit kontrolliertem Druck zwischen die Sonotrode und das Werkstück.

Arbeitsprinzip des Ultraschallbearbeitungsprozesses

Die Ultraschallbearbeitung entfernt aufgrund von Magnetostriktion Material vom Werkstück. Das bedeutet, dass jedes magnetische Material seine Größe und Form ändert, wenn es magnetisiert wird.

Die Steuereinheit/Leistungseinheit versorgt den Wandler mit Wechselstrom mit hoher Frequenz. Der Wandler wandelt diese elektrische Energie in mechanische Schwingung um.

Der Wandler versetzt wiederum die Sonotrode mit hoher Frequenz und niedriger Amplitude in Schwingung. Die Frequenz variiert von 20-30 kHz und die Amplitude variiert von 0,01 bis 0,06 mm.

Wenn die Sonotrode vibriert und gegen das Werkstück drückt, fließt der Schleifschlamm zwischen der Sonotrode und dem Werkstück. Der Aufprall der Sonotrodenvibration und Reibung zwischen Schleifpartikeln und der Werkstückoberfläche splittert von den gewünschten Metallpartikeln von der Arbeitsoberfläche ab.

Die Bearbeitungszeit hängt allein von der Härte und Zähigkeit des Werkstücks, der Größe der Schleifpartikel, der Amplitude der Sonotrodenschwingung und dem Wasseranteil im Schleifschlamm ab. Die Laufruhe und Präzision bei der Ultraschallbearbeitung hängen von der Härte und Zähigkeit des Materials ab. Weichere Metalle bieten eine sehr glatte und präzise Bearbeitung, während harte und spröde Metalle raue Oberflächen bilden.

Arten der Ultraschallbearbeitung

Es gibt zwei Arten von Ultraschall-Bearbeitungsprozessen.

• Rotative Ultraschallbearbeitung
• Chemisch unterstützte Ultraschallbearbeitung

Rotierende Ultraschallbearbeitung

Bei der rotierenden Ultraschallbearbeitung oszilliert das Werkzeug entlang der vertikalen Mittellinie. Bei diesem Verfahren wird keine abrasive Aufschlämmung verwendet. Stattdessen wird der Diamant an der Spitze des Werkzeugs imprägniert, das bis zum Werkstück schleift. Dieses Verfahren eignet sich für die Bearbeitung von Keramik, Quarz usw. Die Rotations-Ultraschallbearbeitung kann auch tiefe Löcher erzeugen, da kein abrasiver Schlamm vorhanden ist, der das Ende des Lochs erreichen muss.

Chemisch unterstützte Ultraschallbearbeitung

Die chemisch unterstützte Ultraschallbearbeitung ähnelt der herkömmlichen Ultraschallbearbeitung, verwendet jedoch eine Chemikalie wie Flusssäure anstelle von Wasser, um den Schleifschlamm zu bilden. Dies trägt zu einer schnelleren Materialabtragsrate und einer besseren Endbearbeitung im Vergleich zum herkömmlichen Ultraschall-Bearbeitungsprozess bei.

Anwendung der Ultraschallbearbeitung

• Bearbeitung von spröden und härteren Materialien.
• Bearbeitung von Teilen, bei denen es auf Präzision ankommt
• Profilieren von Löchern und Schlitzen
• Bearbeitung von Gläsern und Keramik.
• Elektromechanische Teile, bei denen eine kleine und komplizierte Bearbeitung wichtig ist.
• Gravieren und Einfädeln
• Trennen und Räumen von harten Materialien

Vorteile der Ultraschallbearbeitung

• Es kann zur Bearbeitung von hartem und sprödem Material verwendet werden
• Es kann für jede kleine und komplexe Form verwendet werden
• Kann Glas leicht bearbeiten, ohne es zu zerbrechen
• Während der Bearbeitung verändert die Ultraschallbearbeitung die physikalischen Eigenschaften der Metalle nicht.
• Höhere Präzision und Genauigkeit können zu relativ geringeren Kosten erreicht werden
• Keine Verformung der Teilegeometrie, da keine Wärme erzeugt wird.
• Geeignet für sowohl leitende als auch nichtleitende Metalle
• Ein qualifizierter Techniker ist nicht erforderlich.
• Fähig, Teile mit präzisen Toleranzen herzustellen

Nachteile der Ultraschallbearbeitung

• Der Metallhärtewert muss für die Ultraschallbearbeitung mindestens 45 HRC betragen.
• Die Produktionsrate ist sehr langsam. Nicht für die Massenproduktion geeignet
• Die langsame Materialabtragsrate
• Der hohe Sonotrodenverschleiß.
• Schwierig zu bearbeitende tiefe Löcher, da die Schleifpartikel nicht einmal das äußerste Ende des Lochs erreichen können.
• Die Ultraschallbearbeitung ist auf die Bearbeitung kleiner Löcher und Schnitte beschränkt.

Fazit:Ultraschallbearbeitung

Das ist alles, was wir in diesem Artikel haben. Ich hoffe, Sie haben die Grundidee des Ultraschall-Bearbeitungsprozesses verstanden, wie der Ultraschall-Bearbeitungsprozess funktioniert und welche Vor- und Nachteile er hat. Wenn Sie noch Fragen zur Ultraschallbearbeitung haben, können Sie Ihre Fragen jederzeit in den Kommentarbereich schreiben, und ich helfe Ihnen gerne weiter.

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Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Ultraschallbearbeitung

Welche Bewegung verwendet die Ultraschall-Werkzeugmaschine zum Entfernen von Materialien?

Oszillierende Bewegung

Was ist der Frequenzbereich der Werkzeugoszillation bei der Ultraschallbearbeitung

18–20 KHz

Welches ist das weichere Material bei der Ultraschallbearbeitung? Werkzeug oder Werkstück?

Bei der Ultraschallbearbeitung ist das Werkzeug weicher als das Werkstück.

Entsteht während der Bearbeitung bei der Ultraschallbearbeitung Wärme?

Während der Ultraschallbearbeitung wird keine Wärme erzeugt