Was ist Ultraschallbearbeitung? - Arbeiten und Verfahren

Haben Sie schon von der Ultraschallbearbeitung gehört? Auch bekannt als Ultraschall-Vibrationsbearbeitung, ist es ein Herstellungsverfahren, das verwendet wird, um Material von einem Werkstück durch den Einsatz von hochfrequenten Vibrationen in Kombination mit Partikeln zu entfernen.

Ein Ultraschallwerkzeug erzeugt im Wesentlichen viele kleine Vibrationen, die im Laufe der Zeit Material von dem Werkstück entfernen, mit dem es verwendet wird. Um mehr über die Ultraschallbearbeitung und ihre Funktionsweise zu erfahren, lesen Sie weiter.

Was ist Ultraschallbearbeitung?

Die Ultraschallbearbeitung ist ein subtraktiver Herstellungsprozess, der Material von der Oberfläche eines Teils durch hochfrequente Vibrationen eines Werkzeugs mit niedriger Amplitude gegen die Materialoberfläche in Gegenwart feiner Schleifpartikel entfernt. Das Werkzeug bewegt sich vertikal oder orthogonal zur Oberfläche des Teils mit Amplituden von 0,05 bis 0,125 mm (0,002 bis 0,005 Zoll).

Die feinen Schleifkörner werden mit Wasser gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden, die über das Teil und die Spitze des Werkzeugs verteilt wird. Typische Korngrößen des Schleifmaterials reichen von 100 bis 1000, wobei kleinere Körner (höhere Kornzahl) glattere Oberflächenbeschaffenheiten erzeugen.

Die Ultraschall-Vibrationsbearbeitung wird typischerweise bei spröden Materialien sowie Materialien mit einer hohen Härte aufgrund der Mikrorissmechanik eingesetzt.

Bei der Ultraschallbearbeitung erzeugt ein Werkzeug Vibrationen, die Partikel in Mikrogröße auf das Werkstück schleudern. Die Partikel werden typischerweise mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten gemischt, um eine Aufschlämmung zu erzeugen.

Wenn das Ultraschallwerkzeug aktiviert wird, schleudert es diese Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Werkstückoberfläche. Die abrasive Natur der Partikel hilft, Material von der Oberfläche des Werkstücks abzuschleifen.

Ultraschall-Bearbeitungsprozess

Das in der Maschine zum Schneiden der Materialien vorhandene Werkzeug besteht im Vergleich zum Werkstück aus einem weichen Material. Das Werkzeug besteht normalerweise aus Materialien wie weichem Stahl und Nickel. Wenn das Werkzeug vibriert, wird der Schleifschlamm (Flüssigkeit) hinzugefügt, der Schleifkörner und -partikel enthält.

Der Schleifschlamm wird hinzugefügt, bis die Werkstücke mit den Körnern interagieren. Aufgrund der hinzugefügten Flüssigkeitspartikel reibt die Arbeitssprödigkeit des Werkstücks die Oberfläche ab, während sich das Werkzeug allmählich verformt.

Funktionsprinzip der Ultraschallbearbeitung

Die Zeit, die auf der Ultraschallmaschine verbracht wird, hängt vollständig von der Frequenz des vibrierenden Werkzeugs ab. Sie hängt auch von der Größe der Körner der Schleifmittelaufschlämmung, der Steifigkeit und auch der Viskosität ab.

Die in der Schleifflüssigkeit verwendeten Körner sind normalerweise Borkarbid oder Siliziumkarbid, da sie steifer als andere sind. Das verbrauchte Strahlmittel kann leicht weggetragen werden, wenn die Viskosität der Aufschlämmungsflüssigkeit geringer ist.

Arten der Ultraschallbearbeitung

1. Rotations-Ultraschall-Vibrationsbearbeitung

Bei der Rotations-Ultraschall-Vibrationsbearbeitung (RUM) kann sich das vertikal oszillierende Werkzeug um die vertikale Mittellinie des Werkzeugs drehen. Anstatt eine abrasive Aufschlämmung zum Entfernen von Material zu verwenden, wird die Oberfläche des Werkzeugs mit Diamanten imprägniert, die die Oberfläche des Teils abschleifen.

Rotations-Ultraschallmaschinen sind auf die Bearbeitung von Hochleistungskeramik und Legierungen wie Glas, Quarz, Strukturkeramik, Ti-Legierungen, Aluminiumoxid und Siliziumkarbid spezialisiert. Rotations-Ultraschallmaschinen werden verwendet, um tiefe Löcher mit hoher Präzision herzustellen.

Die rotierende Ultraschall-Vibrationsbearbeitung ist ein relativ neues Herstellungsverfahren, das noch intensiv erforscht wird. Derzeit versuchen Forscher, diesen Prozess auf die Mikroebene anzupassen und die Maschine ähnlich wie eine Fräsmaschine arbeiten zu lassen.

2. Chemisch unterstützte Ultraschall-Vibrationsbearbeitung

Bei der chemisch unterstützten Ultraschallbearbeitung (CUSM) wird eine chemisch reaktive Schleifflüssigkeit verwendet, um eine bessere Bearbeitung von Glas- und Keramikmaterialien zu gewährleisten. Durch die Verwendung einer sauren Lösung, wie z. B. Flusssäure, können Bearbeitungseigenschaften wie Materialabtragsrate und Oberflächenqualität im Vergleich zur herkömmlichen Ultraschallbearbeitung erheblich verbessert werden.

Während die Bearbeitungszeit und die Oberflächenrauheit mit CUSM abnehmen, ist der Eingangsprofildurchmesser aufgrund der zusätzlichen chemischen Reaktivität der neuen Slurry-Auswahl etwas größer als normal. Um das Ausmaß dieser Vergrößerung zu begrenzen, muss der Säuregehalt der Aufschlämmung sorgfältig ausgewählt werden, um die Benutzersicherheit und ein Qualitätsprodukt zu gewährleisten.

Anwendungen der Ultraschallbearbeitung

Die Anwendungen der Ultraschallbearbeitung sind:

• Bearbeitung sehr präziser und kompliziert geformter Artikel.
• Bohren der runden Löcher beliebiger Form.
• Schleifen der spröden Materialien.
• Profilieren der Löcher.
• Gravur
• Trepanieren und Prägen
• Threading
• Schneiden und Räumen von harten Materialien.
• Bearbeitung der Gläser, Keramik.
• Bearbeitung der präzisen Mineralsteine, Wolfram.
• Lochen von Matrizen und zum Abstechen.
• Dies ist genau genug, um bei der Herstellung von mikroelektromechanischen Systemkomponenten wie mikrostrukturierten Glaswafern verwendet zu werden
• Diamant wird für die gewünschten Formen geschliffen.

Vorteile der Ultraschallbearbeitung

Es gibt Dutzende anderer Herstellungsverfahren, die in der Lage sind, Material von Werkstücken zu entfernen, ihre Anwendungen sind typischerweise auf Werkstücke aus starken und haltbaren Materialien beschränkt. Die Ultraschallbearbeitung ist jedoch einzigartig, da sie in der Lage ist, Material von fast allen Arten von Werkstücken zu entfernen, einschließlich solchen aus harten und spröden Materialien.

Ob ein Werkstück aus Glas, Keramik oder sogar Quarz besteht, seine physikalischen Abmessungen können durch Ultraschallbearbeitung verändert werden.

Die Ultraschallbearbeitung erfordert keine Erwärmung der Werkstücke. Reagiert ein Werkstück empfindlich auf thermische Schwankungen, kann es mit diesem Bearbeitungsverfahren sicher verändert werden. Während der Ultraschallbearbeitung bleibt die Temperatur des Werkstücks gleich. Mit anderen Worten, der Prozess erfordert weder ein Erhitzen noch ein Abkühlen des Werkstücks.

Darüber hinaus bietet die Ultraschallbearbeitung eine höhere Toleranz als viele andere Bearbeitungsverfahren. Es ist in der Lage, Werkstücke mit hohen Toleranzen zu modifizieren, die mit anderen Bearbeitungsverfahren nicht möglich sind.

Nachteile der Ultraschallbearbeitung

Auf der anderen Seite gibt es einige Nachteile der Ultraschallbearbeitung, von denen einer eine unterdurchschnittlich langsame Materialabtragsrate ist. Es ist keine besonders schnelle Art, Material von Werkstücken zu entfernen.

Im Gegenteil, es ist langsamer als die meisten anderen Bearbeitungsverfahren. Für Fertigungsunternehmen, die nach Massenproduktionsprozessen suchen, kann die Ultraschallbearbeitung eine schlechte Wahl sein.

Zusätzlich zu einer überdurchschnittlich langsamen Materialabtragsrate unterstützt die Ultraschallbearbeitung die Verwendung von tiefen Löchern nicht. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Fertigungsunternehmen Löcher in Werkstücke bohren, bevor sie einem Ultraschall-Bearbeitungswerkzeug ausgesetzt werden. Wenn ein Loch jedoch zu tief ist, kann die Gülle es nicht füllen.