ماشین کاری با امواج التراسونیک

ماشین کاری با امواج التراسونیک

تاریخچه

موج التراسونیک به طور طبیعی بخشی از صدای خفاش ها را تشکیل می دهد ( از 12 تا 70  کیلوهرتز ). حدود یکصد و سی سال پیش شخصی به نام  Rodolph Koling  کاشف حد بالای شنوایی انسان توانست ارتعاشات التراسونیک را تولید نماید.

تکنولوژی التراسونیک در طی جنگ جهانی اول برای مواجهه با زیر دریایی هایی که نیرو دریایی فرانسه را تهدید می کرد توسط پروفسور P.Langevin   پیشرفت زیادی نمود. در طی جنگ در سال های 1914 تا 1918 برای یافتن زیر دریایی ها استفاده می شد.

خواص و اثرات کشف شده در سال 1927:

  • Agglomeration (تجمع و توده ای شدن ذرات)
  • Emulsification (امولسیون سازی)
  • Dispersion of Colloid (پراکندگی کلوئید)
  • Atomization (اتمیزه کردن)
  • Fragmentation (ذره ذره و خرد کردن اجسام شکننده)
  • Cleaning (تمیز کاری)

اولین بار در سال 1929 شخصی به نام Sokolov   از امواج التراسونیک برای یافتن عیوب موجود در مواد و قطعات استفاده کرد. همچنین در کاربردهای بیولوژیکی مانند انهدام هسته گلبول قرمز خون یا سلول های زائد به کار می رود.

میل به کاربرد التراسونیک برای ماشین کاری در دهه های اخیر به دلیل محدودیت های این روش فروکش نموده است و معمولاً تنها برای دریل کاری و ایجاد سوراخ در قطعات شکننده از آن استفاده می شود. در حالیکه کاربرد التراسونیک برای تست غیر مخرب، در امور پزشکی و برای سایر فرایندها همواره تحت مطالعه و تکمیل و توسعه و کاربرد بوده است.

ماهیت کار ماشین

ماشین التراسونیک از نوسانات فرکانس زیاد سر ابزار در حضور گل ساینده استفاده نموده عمل براده برداری را با نیروی مکانیکی میروسکوپی امکان پذیر می سازد.

ماهیت کار ماشین

  • Generator (ژنراتور)
  • Transducer (ترانس دیوسر)
  • Tool (ابزار)
  • Mechanical Transformer (متمرکز کننده)
  • Abrasive Slurry System (سیستم گل ساینده)
  • Static Loading System (سیستم بار گذاری استاتیک)

ساختار ماشین

ساختار ماشین

ژنراتور:

در اصل این ژنراتور تامین کننده انرژی نوسانی هسته التراسونیک است.

ژنراتور از چند طبقه تشکیل شده است:

ساختار ژنراتور

اسیلاتور ( نوسان ساز):

وظیفه این طبقه ایجاد موج سینوسی با فرکانس دلخواه است و معمولاً طوری ساخته می شود که بتواند در قلمرو محدودی فرکانس را تغییر دهد.

انواع اسیلاتورها (از لحاظ مدارها)

  • اسیلاتورهای چند طبقه
  • اسیلاتور با فرکانس قابل تنظیم با ولتاژ ورودی (Voltage Control Osciliator – Vco)
  • اسیلاتورهای ترکیبی از IC ها

تقویت ولتاژ:

وظیفه این طبقه تقویت دامنه موج سینوسی حاصل از طبقه اول است. موجی که طبقه اسیلاتور ایجاد می کند در حدود v 5 در صورت استفاده از اسیلاتورهای IC   و حداکثر تا حدود v15 است که باید برای استفاده در طبقات بعدی تقویت شود برای این منظور طبقه دوم، ولتاژ طبقه اول را تقویت می کند.

ترانس دیوسر (Transducer):

برای تبدیل نوسانات الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی دو روش وجود دارد:

  • در این روش از خاصیت پیزو الکتریک کریستال ها استفاده می گردد.
  • یک روش مغناطیسی است که از یک سیم پیچ که بدور هسته ای مغناطیسی پیچیده شده استفاده می کند.

متمرکز کننده (Mechanical Transformer):

یکی از قسمت های مهم است که عمل هدایت و انتقال و نیز تمرکز امواج اولتراسونیک را در یک سطح نسبتاً کوچک به عهده دارد. در مجموع عمل متمرکز کننده تقویت دامنه ارتعاشات و تمرکز انرژی برای به حرکت درآوردن ابزار می باشد. متمرکز کننده بین ابزار و قطعه کار قرار دارد.

جنس متمرکز کننده باید به گونه ای باشد که در مقابل خستگی مقاومت زیاد داشته باشد و میرایی ارتعاش در آن حداقل باشد به عنوان مثال متمرکزکننده نباید چدنی باشد و بهتر است از جنس مُنل (Monel metal) یا فولاد کرم دار یا فولاد کرم، منگنز-سیلیکون و یا تیتانیوم انتخاب گردد.

ابزار (Tool):

ابزار به دو شکل می تواند باشد. یکی این که متمرکز کننده طوری طراحی می گردد که قسمتی از آن را ابزار تشکیل دهد و یا اینکه ابزار به صورت جداگانه ساخته شده و به متمرکز کننده متصل گردد که در دو حالت باید مجموع طول متمرکز کننده و ابزار به گونه ای باشد که در محاسبات مربوط به طول متمرکز کننده اشکالی ایجاد ننماید.

نکات:

  • ابزار باید به سادگی قابل ماشین کاری باشد ولی باید حداقل سایشی را در عمل ماشین کاری التراسونیک داشته باشد.
  • جنس ابزار باید نسبت به خستگی مقاوم باشد.
  • مواد نرم برای ابزار مناسب نیست چرا که در هنگام ماشین کاری دچار تغییر فرم پلاستیک می گردد.
  • از نکات مهم در ابزار  سایش ابزار می باشد که بستگی مستقیم به جنس ابزار و قطعات و گل ساینده دارد.

سیستم گل ساینده (Abrasive Slurry System):

این سیستم متشکل از گل ساینده  لوله های حمل گل ساینده و سیستم مکش مواد حاصل ماشین کاری می باشد. مجموعه ذرات اینده و مایع حمل کننده آن که می تواند آب یا روغن باشد را گل ساینده می نامند که در این قسمت بیشتر در رابطه با ذرات ساینده از نظر نوع جنس و مورد کاربرد بحث می گردد.

در میان ذرات ساینده مورد استفاده الماس بهترین براده برداری را دارد. از ذرات مهم دیگر می توان از برن کار باید سیلیکون کارباید آلومینا نام برد. در بیشترین عملیات از بُرن کارباید استفاده می شود. ذرات برن کارباید به راحتی شکسته می گردند، لذا می تواند تیزی لازم را حفظ نماید. اکسید آلومینیوم نیز بسیار ارزان است و برای ماشین کاری شیشه و سرامیک بسیار مناسب است، اما برای ماشین کاری مواد سخت مناسب نیست.

– اندازه دانه های پودر با توجه به نوع عملیات (پرداخت کاری) یا (خشن کاری) تعیین می گردد.

– برای سرعت براده برداری بیشتر باید اندازه دانه ها بزرگ باشد.

مواد ساینده باید دارای خصوصیات زیر باشند:

  • خاصیت خنک کنندگی خوب، با عدم خنک شدن موضع ماشین کاری باعث نرم شدن ابزار و قطعه کار می شود.
  • قابلیت تر کنندگی و نفوذ خوب به مواضع تنگ (خاصیت مویینگی)
  • ایجاد باند صوتی مناسب بین سر ابزار و دانه های ساینده و قطعه کار
  • داشتن ضریب هدایت حرارتی بالا
  • داشتن هدایت الکتریکی خوب

سیستم بارگذاری استاتیک (Static Loading System):

ضرورت دارد نیروی فشاری معینی ابزار را به سطح قطعه کار بفشارد. مقدار نیرو بر حسب جنس قطعه کار، ابزار و شکل آن و جنس و نوع گل ساینده حد اپتیممی، برای ماکزیمم  سرعت براده برداری دارد. معمولاً سیستم بارگذاری استاتیک در طول فرایند همواره بار ثابتی را در حد تنظیمی  اعمال و حفظ می نماید این سیستم می تواند  مکانیکی  هیدرولیکی و یا پنوماتیکی باشد.

در یک جمع بندی می توان گفت که هر قدر جنس قطعه کار تردتر باشد؛ سرعت براده برداری بیشتر، فرسایش نسبی ابزار کمتر و صافی سطح بدتر است و برعکس هر قدر قطعه کار چغرتر و سخت تر باشد سرعت براده برداری کمتر و فرسایش نسبی ابزار بیشتر است.

افزایش اندازه دانه های گل ساینده سرعت ماشین کاری را افزایش می دهد، صافی سطح را خراب می کند و گشادی کناری را افزایش می دهد و تلرانس را زیاد می کند.

نمونه ای از دستگاه های التراسونیک

دستگاه جوش التراسونیک (Ultrasonic Welding Machine)

دستگاه جوش التراسونیک

دستگاه جوش التراسونیک

دستگاه فرز التراسونیک (Sonic Mill)

دستگاه فرز التراسونیک

دستگاه تمیز کاری التراسونیک (Ultrasonic Cleaning Machine)

دستگاه تمیزکاری التراسونیک

دستگاه سوراخ کاری التراسونیک (Ultrasonic Drilling Machine)

دستگاه سوراخ کاری التراسونیک

دستگاه پانچ التراسونیک (Ultrasonic Punching Machine)

دستگاه پانچ التراسونیک

دستگاه تست غیر مخرب التراسونیک (Ultrasonic NDT Machine)

دستگاه تست غیر مخرب التراسونیک

دستگاه تست غیر مخرب اولتراسونیک

فروشگاه اینترنتی ایران الکتریک

Iran Electric Shop

هم اکنون خرید کنید...

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

3 + ده =