این پاورپوینت به موضوع ماشینکاری با استفاده از امواج التراسونیک اختصاص دارد. در این فایل پاورپوینت به توضیح مبانی و اصول این روش ماشینکاری نوین پرداخته شده است.
تاریخچه ماشینکاری با امواج التراسونیک
امواج التراسونیک، که به طور طبیعی بخشی از صدای خفاش‌ها را تشکیل می‌دهند (با فرکانس‌های میانی از 12 تا 70 کیلوهرتز)، به تازگی در مقیاس انسان کشف شده‌اند. حدود یکصد و سی سال پیش، شخصی به نام رودلف کولینگ توانست ارتعاشات التراسونیک را تولید کرده و به مطالعه آن پرداخت.
تکنولوژی التراسونیک در طول جنگ جهانی اول به عنوان یک راهکار مؤثر برای کشف و مقابله با زیردریایی‌ها به کار گرفته شد. پروفسور پی‌لانژوان به عنوان متخصصی در این حوزه توانست پیشرفت‌های قابل توجهی داشته باشد.
در دوره جنگ جهانی اول (1914 تا 1918)، این تکنولوژی به عنوان یک روش مؤثر برای تشخیص و مکافحه با زیردریایی‌ها مورد استفاده قرار گرفت.
در سال 1927، تحقیقاتی به وسیله امواج التراسونیک منجر به کشف خواص و اثرات مانند تجمع و توده‌ای شدن ذرات (Agglomeration)، امولسیون‌سازی (Emulsification)، پراکندگی کلوئید (Dispersion of colloid)، اتمیزه‌کردن (Atomization)، و خرد کردن اجسام شکننده (Fragmentation) شد. همچنین، امواج التراسونیک در کاربردهای بیولوژیکی مانند انحلال هسته گلبول‌های قرمز خون یا سلول‌های زائد به کار می‌روند.
اولین کاربرد عملی امواج التراسونیک برای یافتن عیوب در مواد و قطعات در سال 1929 توسط فردی به نام سوکولوف انجام شد.
در دهه‌های اخیر، میل به استفاده از التراسونیک در ماشینکاری به دلیل محدودیت‌های این روش کاهش یافته است و اغلب تنها برای فرآیندهایی نظیر حفره‌کاری و ایجاد سوراخ در قطعات شکننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، در حوزه‌هایی مانند تست غیرمخرب و پزشکی، کاربردهای تکمیلی و توسعه‌یافته‌تری دارد.
اصول کار ماشینکاری اولتراسونیک
زمان مورد نیاز در دستگاه اولتراسونیک به فرکانس ابزار ارتعاشی بستگی دارد. همچنین، این زمان تحت تأثیر اندازه دانه‌های دوغاب ساینده، سختی، و ویسکوزیته نیز قرار می‌گیرد. دانه‌های استفاده شده در مایع ساینده عمدتاً از کاربید بور یا کاربید سیلیکون تشکیل شده‌اند، زیرا این دانه‌ها اغلب دارای سختی بیشتری هستند نسبت به دیگر مواد. اگر ویسکوزیته مایع دوغاب کمتر باشد، ساینده مورد استفاده به راحتی حمل و جابجایی خواهد شد.
ماهیت کار ماشین
ماشینکاری با استفاده از امواج التراسونیک از نوسانات فرکانس بالای سرابزارها در حضور سیال گل‌ساینده بهره می‌برد و این امکان را فراهم می‌کند که عمل براده‌برداری با نیروی مکانیکی دقیق و میکروسکوپی انجام شود.
ساختار ماشین
- ژنراتور Generator
- ترانس دیوسر Transducer
- ابزار Tool
- متمرکز کننده Mechanical Transformer
- سیستم گل ساینده Abrasive slurry system
- سیستم بار گذاری استاتیک Static loading system
ژنراتور :
در اصل این ژنراتور تامین کننده انرژی نوسانی هسته التراسونیک است.
اسیلاتور ( نوسان ساز) :
وظیفه این طبقه ایجاد موج سینوسی با فرکانس دلخواه است و معمولاٌ 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 توسط اسیلاتور طبقه اول ایجاد می‌شود، معمولاً در محدوده از حداقل v5 تا حداکثر v15 ولتاژ دارد، و برای استفاده در طبقات بعدی نیاز به تقویت دارد. به منظور این تقویت، طبقه دوم ولتاژ موجود در طبقه اول را افزایش می‌دهد.
ترانسدیوسر (Transducer):
در فرآیند تبدیل نوسانات الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی، دو روش اصلی وجود دارد:
– در این روش، از خصوصیت پیزوالکتریکی کریستال‌ها برای تبدیل الکتریکی به مکانیکی استفاده می‌شود.
– روش دیگر، رویکرد مغناطیسی دارد و از یک سیم پیچی که به دور یک هسته مغناطیسی پیچیده شده است، استفاده می کند.
متمرکز کننده یا ترانسفورمر مکانیکی Mechanical Transformer :
این بخش از دستگاه یک نقش بسیار حیاتی دارد، که وظایفی مانند هدایت، انتقال، و تمرکز امواج التراسونیک را در یک فضای نسبتاً کوچک بر عهده دارد. به طور کلی، عمل متمرکزکننده مکانیکی به تقویت دامنه ارتعاشات و تمرکز انرژی برای تحریک ابزار مورد نیاز می‌پردازد.
متمرکز کننده بین ابزار و قطعه کار قرار دارد
جنس متمرکزکننده باید به گونه‌ای باشد که مقاومت زیادی در برابر خستگی داشته و حداقل میرایی ارتعاش را داشته باشد. به عنوان مثال، مناسب نیست که متمرکزکننده از جنس چدن باشد و بهتر است از جنس فلز “مونل” یا فولادهای مانند فولاد کروم – منگنز – سیلیکون یا تیتانیوم انتخاب شود.
ابزار (Tool):
ابزار ممکن است به دو صورت طراحی و استفاده شود. یک روش این است که متمرکز کننده به گونه‌ای طراحی شود که بخشی از آن خودش به عنوان ابزار عمل کند. دیگر روش این است که ابزار به صورت جداگانه ساخته شده و به متمرکزکننده متصل شود. در هر دو حالت، مجموع طول متمرکزکننده و ابزار باید به گونه‌ای باشد که در محاسبات مربوط به طول متمرکزکننده هیچ ابهامی ایجاد نکند.
نکات:
- ابزار باید ساده قابل ماشین کاری باشد، اما حداقل سایشی را در فرآیند ماشین کاری التراسونیک داشته باشد.
- جنس ابزار باید در مقابل خستگی مقاوم باشد.
- استفاده از مواد نرم برای ابزار مناسب نیست، زیرا در هنگام ماشین کاری ممکن است تغییر فرم پلاستیکی رخ دهد.
یکی از نکات مهم در مورد ابزار، سایش ابزار است که به طور مستقیم به جنس ابزار و قطعات و سیستم گل ساینده وابسته است. در جدول زیر نسبت سایش ابزار به سایش قطعه کار برای انواع مختلف ابزارها و قطعات کار ارائه شده است.
سیستم گل ساینده Abrasive slurry system
این سیستم شامل گل ساینده، لوله‌های حمل گل ساینده و سیستم مکش مواد حاصل از ماشینکاری است. مجموعه‌ی ذرات ساینده و مایع حمل‌کننده آن (که می‌تواند آب یا روغن باشد) به عنوان گل ساینده شناخته می‌شود. در این بخش، اطلاعات بیشتری در مورد نوع و مصرف ذرات ساینده در ارتباط با جنس و کاربرد آنها بیان می‌شود.
اما از میان ذرات ساینده، الماس به عنوان بهترین براده‌بردار شناخته می‌شود. ذرات مهم دیگر شامل کرباید سیلیکون و آلومینا هستند. اگر فرض کنیم که الماس قادر به برداشت براده باشد، این سه نوع ذرات به ترتیب میزان براده‌برداری زیر را دارا هستند:
- الماس: به ازای هر سه ذره، براده‌برداری بالغ بر الماس ممکن است.
- کرباید سیلیکون: بین 0.5 تا 0.6 براده‌برداری.
- آلومینا: بین 0.25 تا 0.45 براده‌برداری.
در مورد برن کارباید، مقادیر معادل 0.5 تا 0.6، برای سیلیکون کارباید مقادیر معادل 0.25 تا 0.45 و برای آلومینا مقادیر معادل 0.14 تا 0.1 مورد استفاده قرار می‌گیرند.