Traitement par ultrasons : technologie, avantages et inconvénients

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'industrie métallurgique à ce stade de développement est capable de résoudre les tâches complexes de coupe et de perçage de pièces de différents degrés de dureté. Cela est devenu possible grâce au développement de manières fondamentalement nouvelles d'influencer le matériau, y compris un large groupe de méthodes électromécaniques. L'une des technologies les plus efficaces de ce type est le traitement par ultrasons (UZO), basé sur les principes du rayonnement électroacoustique.

Principes du RCD dimensionnel

Lors du traitement dimensionnel, les fraises et abrasifs mécaniques habituels agissent comme un outil d'influence direct. La principale différence dans cette méthode réside dans la source d'énergie qui alimente l'outil. À ce titre, le générateur de courant à ultrasons fonctionne à des fréquences de 16 à 30 kHz. Il provoqueoscillations des mêmes grains abrasifs à fréquence ultrasonique, ce qui garantit la qualité caractéristique du traitement. De plus, il faut noter la variété des types d'action mécanique. Il s'agit non seulement des éléments usuels de coupe et de meulage, mais aussi de la déformation de la structure tout en conservant son volume. De plus, le dimensionnement par ultrasons garantit que les particules de la pièce sont réduites au minimum, même pendant la coupe. Des grains qui affectent la matière parsèment des microparticules qui n'affectent pas la conception du produit. En fait, il n'y a pas de destruction de la structure par échantillonnage, cependant, une propagation incontrôlée de fissures peut se produire.

Différences par rapport à la technologie plasma

En termes de qualité de traitement, les méthodes à ultrasons et au plasma présentent de nombreuses caractéristiques similaires, offrant la possibilité d'une découpe de haute précision. Mais aussi entre eux, il y a une différence significative dans le principe de travail. Ainsi, si UZO implique un impact intense sur la poudre abrasive du côté de l'outil de coupe avec le support énergétique d'un générateur d'ondes électriques, la méthode de traitement au plasma utilise un gaz ionisé chargé d'ions et d'électrons comme milieu de travail. C'est-à-dire que les technologies de traitement par ultrasons et plasma nécessitent également le support d'un générateur d'énergie suffisamment puissant. Dans le premier cas, il s'agit d'un appareil électrique à ultrasons, et dans le second cas, de gaz à haute température ou d'installations isothermes capables d'amener le régime de température du milieu de travail à 16 000 °C. Un élément important du traitement au plasma est l'utilisation d'électrodes et de plasmasubstances qui fournissent une puissance élevée de l'arc guidé de la fraise.

Machines de traitement par ultrasons

Maintenant, il convient de s'attarder plus en détail sur l'équipement utilisé dans la mise en œuvre du RCD. Dans les grandes industries, à de telles fins, des machines sont utilisées, équipées d'un groupe électrogène pour générer un courant alternatif de fréquence ultrasonique. Le courant généré est dirigé vers l'enroulement du convertisseur magnétique, qui, à son tour, crée un champ électromagnétique pour le corps de travail de l'installation. Le traitement par ultrasons commence par le fait que le poinçon de la machine commence à vibrer, étant dans un champ électromagnétique. Les fréquences de cette vibration sont définies par le générateur en fonction des paramètres définis qui sont requis dans un cas particulier.

Le poinçon est constitué d'un matériau magnétostrictif (un alliage de fer, de nickel et de cob alt) qui peut changer de dimensions linéaires sous l'action d'un transducteur magnétique. Et à la dernière étape critique, le poinçon agit sur la poudre abrasive par des oscillations guidées le long du guide d'ondes-condensateur. De plus, l'échelle et la puissance de traitement peuvent être différentes. Sur l'équipement considéré, le travail industriel des métaux est effectué avec la formation de structures massives, mais il existe également des appareils compacts avec un principe de fonctionnement similaire, sur lesquels une gravure de haute précision est effectuée.

Technique RCD dimensionnelle

Après avoir installé l'équipement et préparédu matériau cible, la suspension abrasive est fournie à la zone de l'opération, c'est-à-dire à l'espace entre la surface du produit et l'extrémité oscillante. À propos, les carbures de silicium ou de bore sont généralement utilisés comme abrasif lui-même. Dans les lignes automatisées, l'eau est utilisée pour la distribution et le refroidissement de la poudre. Le traitement direct des métaux par ultrasons consiste en deux opérations:

• Pénétration par impact de particules abrasives dans la surface prévue de la pièce, ce qui entraîne la formation d'un réseau de microfissures et la perforation de microparticules du produit.
• Circulation du matériau abrasif dans la zone de traitement - les grains usagés sont remplacés par des flux de nouvelles particules.

Une condition importante pour l'efficacité de l'ensemble du processus est de maintenir un rythme élevé dans les deux procédures jusqu'à la fin du cycle. Sinon, les paramètres de traitement changent et la précision de la direction de l'abrasif diminue.

Caractéristiques du processus

Les paramètres de traitement optimaux pour une tâche spécifique sont prédéfinis. La configuration de l'action mécanique et les propriétés du matériau de la pièce sont prises en compte. Les caractéristiques moyennes du traitement par ultrasons peuvent être représentées comme suit:

• La gamme de fréquence du générateur de courant est de 16 à 30 kHz.
• L'amplitude d'oscillation du poinçon ou de son outil de travail - le spectre inférieur au début de l'opération est de 2 à 10 microns, et le niveau supérieur peut atteindre 60 microns.
• Saturation du coulis abrasif - de 20 à 100 mille.grains par cube de 1 cm.
• Diamètre des éléments abrasifs - de 50 à 200 microns.

La variation de ces paramètres permet non seulement un traitement linéaire individuel de haute précision, mais également la formation précise de rainures et de découpes complexes. À bien des égards, travailler avec des géométries complexes est devenu possible grâce à la perfection des caractéristiques des poinçons, qui peuvent affecter la composition abrasive dans différents modèles à superstructure mince.

Ébavurage avec RCD

Cette opération est basée sur une augmentation de la cavitation et de l'activité érosive du champ acoustique lorsque des particules ultra-petites de 1 micron sont introduites dans le flux abrasif. Cette taille est comparable au rayon d'influence de l'onde sonore de choc, ce qui permet de détruire les zones de bavures faibles. Le processus de travail est organisé dans un milieu liquide spécial avec un mélange de glycérine. Un équipement spécial est également utilisé comme conteneur - un phytomélangeur, dans un verre duquel se trouvent des abrasifs pesés et une partie de travail. Dès qu'une onde acoustique est appliquée au milieu de travail, le mouvement aléatoire des particules abrasives commence, qui agissent sur la surface de la pièce. Des grains fins de carbure de silicium et d'électrocorindon dans un mélange d'eau et de glycérine permettent un ébavurage efficace jusqu'à 0,1 mm. C'est-à-dire que le traitement par ultrasons permet une élimination précise et de haute précision des microdéfauts qui pourraient subsister même après un meulage mécanique traditionnel. Si nous parlons de grosses bavures, il est logique d'augmenter l'intensité du processus en ajoutant des éléments chimiques au récipientcomme du vitriol bleu.

Nettoyage des pièces avec RCD

Sur les surfaces des ébauches métalliques en travail, il peut y avoir différents types de revêtements et d'impuretés qui, pour une raison ou une autre, ne peuvent pas être éliminés par un nettoyage abrasif traditionnel. Dans ce cas, la technologie de traitement par ultrasons par cavitation en milieu liquide est également utilisée, mais avec un certain nombre de différences par rapport à la méthode précédente:

• La gamme de fréquences varie de 18 à 35 kHz.
• Les solvants organiques comme le fréon et l'alcool éthylique sont utilisés comme milieu liquide.
• Pour maintenir un processus de cavitation stable et une fixation fiable de la pièce, il est nécessaire de régler le mode de fonctionnement résonnant du phytomélangeur, la colonne de liquide dans laquelle correspondra à la moitié de la longueur de l'onde ultrasonore.

Forage au diamant assisté par ultrasons

La méthode implique l'utilisation d'un outil diamanté rotatif, qui est entraîné par des vibrations ultrasonores. Les coûts énergétiques du processus de traitement dépassent le volume des ressources nécessaires avec les méthodes traditionnelles d'action mécanique, atteignant 2000 J/mm3. Cette puissance vous permet de percer jusqu'à 25 mm de diamètre à une vitesse de 0,5 mm/min. De plus, le traitement par ultrasons des matériaux par perçage nécessite l'utilisation de liquide de refroidissement en grands volumes jusqu'à 5 l/min. Les flux de fluide éliminent également la poudre fine des surfaces de l'outillage et de la pièce,formé lors de la destruction de l'abrasif.

Contrôle des performances du RCD

Le processus technologique est sous le contrôle de l'opérateur, qui surveille les paramètres des vibrations agissantes. Cela s'applique en particulier à l'amplitude des oscillations, à la vitesse du son, ainsi qu'à l'intensité de l'alimentation en courant. A l'aide de ces données, le contrôle de l'environnement de travail et de l'impact du matériau abrasif sur la pièce est assuré. Cette caractéristique est particulièrement importante dans le traitement par ultrasons des instruments, lorsque plusieurs modes de fonctionnement de l'équipement peuvent être utilisés dans un processus technologique. Les méthodes de contrôle les plus progressives impliquent la participation de moyens automatiques de modification des paramètres de traitement basés sur les lectures de capteurs qui enregistrent les paramètres du produit.

Avantages de la technologie à ultrasons

L'utilisation de la technologie RCD offre un certain nombre d'avantages, qui se manifestent à des degrés divers selon la méthode spécifique de sa mise en œuvre:

• La productivité du processus d'usinage augmente plusieurs fois.
• L'usure des outils par ultrasons est réduite de 8 à 10 fois par rapport aux méthodes d'usinage conventionnelles.
• Lors du forage, les paramètres de traitement augmentent en profondeur et en diamètre.
• Augmente la précision de l'action mécanique.

Défauts de la technologie

L'application à grande échelle de cette méthode est encore entravée par un certain nombre de lacunes. Ils sont principalement liés à la complexité technologique de l'organisation.traiter. De plus, le traitement des pièces par ultrasons nécessite des opérations supplémentaires, notamment la livraison de matériau abrasif sur la zone de travail et la connexion d'équipements de refroidissement par eau. Ces facteurs peuvent également augmenter le coût des travaux. Lors de l'entretien des processus industriels, les coûts énergétiques augmentent également. Des ressources supplémentaires sont nécessaires non seulement pour assurer le fonctionnement des unités principales, mais également pour le fonctionnement des systèmes de protection et des collecteurs de courant qui transmettent les signaux électriques.

Conclusion

L'introduction de la technologie abrasive par ultrasons dans les processus de travail des métaux était due aux limitations de l'utilisation des méthodes traditionnelles de coupe, de perçage, de tournage, etc. Contrairement à un tour conventionnel, le travail des métaux par ultrasons est capable de faire face efficacement aux matériaux de dureté accrue. L'utilisation de cette technologie a permis d'effectuer des opérations d'usinage sur de l'acier trempé, des alliages de carbure de titane, des produits contenant du tungstène, etc. Dans le même temps, une grande précision de l'action mécanique est garantie avec un minimum de dommages à la structure située dans le travail Région. Mais, comme c'est le cas avec d'autres technologies innovantes telles que la découpe au plasma, le traitement au laser et au jet d'eau, des problèmes économiques et organisationnels subsistent lors de l'utilisation de ces méthodes de traitement des métaux.