Ультразвуковое сверление

Ультразвуковое сверление: для обработки твердого и хрупкого

Ультразвуковое сверление - передовой метод обработки, при котором происходит направленное разрушение материалов за счёт использования высокоэнергетических колебаний ультразвуковой частоты. Он позволяет создавать отверстия и полости, которые трудно или невозможно обрабатывать более традиционно.

В основе технологии принцип преобразования электрической энергии в механические колебания ультразвуковой частоты (обычно от 20 до 100 кГц). Они передаются на инструмент и приводят его в движение. При соприкосновении с материалом происходит разрушение, формирующее отверстие или полость. К сверлению ультразвуком обращаются, когда необходимо обработать хрупкие и твердые материалы.

Процесс ультразвукового сверления

при ультразвуковом сверлении металл разрушается за счет колебания токов высокой чистоты

На первом этапе, после запуска установки, начинается генерация ультразвука. Электрогенератор создает высокочастотный сигнал, который подается на преобразователь. Тот, в свою очередь, превращает электрические колебания в механические, формируя ультразвуковые волны. Колебания поступают на сверло или пуансон через концентратор.

Инструмент начинает совершать возвратно-поступательные движения с ультразвуковой частотой и малой (обычно 10-50 мкм) амплитудой, оказывая на обрабатываемый материал микроударное воздействие. В результате оно охватывает локальный и очень небольшой участок заготовки.

В процессе ультразвукового сверления отверстий в зону подается особая суспензия: смесь мелких абразивных частиц (например, карбида бора или алмазного порошка) с жидкостью. Она выполняет несколько функций: усиливает воздействие на материал, охлаждает зону обработки и выводит продукты разрушения из формируемого отверстия.

Геометрия отверстия определяется формой рабочей части инструмента. Скорость его подачи и другие параметры процесса контролируются для обеспечения оптимальной эффективности и качества обработки.

Плюсы ультразвукового сверления

Сверление отверстий ультразвуком намного превосходит методы традиционной механической обработки. Его преимущества:

• высокая точность. Технология обеспечивает создание отверстий с идеальными размерами и формой, включая сложные профили;
• минимальное тепловыделение. Снижается риск термического повреждения обрабатываемого материала, что имеет значение для чувствительных компонентов;
• отсутствие механических напряжений. Уменьшается вероятность образования трещин и сколов, особенно в хрупких материалах;
• возможность создавать глубокие отверстия малого диаметра, то есть с высоким соотношением глубины к диаметру;
• чистота обработки. Высокое качество поверхности часто не требует финишных операций;
• универсальность. Один и тот же инструмент можно использовать для разных материалов;
• экологичность. В процессе образуется минимум отходов, смазочно-охлаждающая жидкость расходуется очень экономно;
• низкое давление на обрабатываемую деталь, уменьшающее риск деформации тонкостенных и хрупких изделий;
• долговечность инструмента. Ультразвуковые сверла имеют более длительный срок службы по сравнению с традиционными.

Материалы и детали для сверления ультразвуком

ультразвуковое сверление подходит для обработки твердых и сверхтвердых металлов

Ультразвуковое сверление неоценимо в обработке металлов, в частности, твердых сплавов: режущих инструментов, износостойких деталей машин. Для хрупких технология отлично проявила себя в подготовке имплантов для медицины, магниевых компонентов с сердечниками для трансформаторов.

Но список материалов, с которыми можно работать этим способом, выходит далеко за пределы металлов. Технология абсолютно безвредна для сверления:

• керамических компонентов для подложек электронных схем, изоляторов высоковольтного оборудования;
• стекла - оптических линз и призм, дисплейных панелей для электронных устройств;

• полупроводниковых материалов - кремниевых пластин, элементов солнечных батарей;
• драгоценных и полудрагоценных камней - от ювелирного до промышленного назначения;
• композитных материалов - углепластиковых деталей для авиакосмической отрасли, элементов конструкций из стеклопластика;
• кварцевых изделий - резонаторов для точных приборов.

Устройство оборудования для ультразвукового сверления отверстий

ультразвуковое сверление металла - обработка повышенной точности

Главное звено установки сверления ультразвуком - генератор, преобразующий электроэнергию в высокочастотные электрические колебания. Современные устройства оснащены микропроцессорным управлением, позволяющим точно контролировать частоту и мощность выходного сигнала.

Трансформирует электрические колебания в механические пьезоэлектрический преобразователь. Для его производства используют специальные материалы, такие как титанат бария или цирконат-титанат свинца, потому что они наиболее эффективно работают с энергией. Роль усилителя амплитуды играет концентратор. Его форма оптимизирована для максимальной передачи энергии от преобразователя к рабочему инструменту.

Сами инструменты (сверла и пуансоны) выпускают из твердых материалов, способных выдерживать интенсивные ультразвуковые колебания. Система подачи абразивной суспензии включает резервуар для жидкости, насос и систему трубопроводов.

Для отвода тепла, особенно при длительной эксплуатации оборудования, используется еще одна система установки - охладительная. Отслеживать параметры ультразвукового сверления отверстий в реальном времени помогают датчики частоты, амплитуды колебаний и силы прижима.

Ультразвуковое сверление: технологии и опыт