Ultrazvočno rezanje materialov

Princip ultrazvočnega rezanja se popolnoma razlikuje od tradicionalnih tehnologij rezanja materialov. V prvem primeru uporabljamo ultrazvočna energijaki ne zahteva brušenja rezalnih robov orodja in uporabe velikih sil.

Za razliko od mehanskega rezanja pri ultrazvočnem rezanju ni odrezkov, hrupa, zažganih robov, kot je laserska ali druga toplotna obdelava, ni hlapov ali plinov. V primerjavi z rezanjem z vodnim curkom ni prodiranja vlage v material. Z vidika zniževanja stroškov je ultrazvočno rezanje alternativa laserskemu in vodnemu rezanju.

Rezalna konica ultrazvočno vibrira, kar povzroča zelo malo trenja in rezalni material se ne lepi, kar je še posebej pomembno pri viskoznih in elastičnih materialih, zamrznjeni hrani, gumi in drugih materialih, ki jih ni mogoče rezati pod pritiskom.

Ultrazvočnih valov ljudje ne slišimo. Ultrazvočni rezalni nož vibrira z amplitudo od 10 do 70 µm v vzdolžni smeri. Vibracije so mikroskopske, zato jih ni mogoče videti. Gibanje se ponovi 20.000-40.000-krat na sekundo (frekvenca 20-40 kHz).

Ultrazvočne naprave z nižjo frekvenco imajo večjo težo in večjo moč. Večje amplitude je mogoče doseči tudi pri nižjih frekvencah. Stroji s frekvenco 20 kHz so bolj primerni za rezanje debelih in močnih materialov.

Pomanjkljivost takšnih naprav je, da je ultrazvočna frekvenca blizu slišnega območja, zato bodo med delovanjem morda potrebni ukrepi za zmanjšanje hrupa.

35 kHz naprave so bolj primerne za tanjše materiale, kot so folije, imitacije usnja in tekstila, ter za obdelavo zahtevnejših oblik. Hkrati so stroji med delovanjem tihi.

Primeri uporabe ultrazvočnega rezanja

Ultrazvočne rezalne naprave so sestavljene iz ultrazvočnega pretvornika, konice pesta, noža in napajalnika. Ultrazvočni pretvornik se uporablja za pretvorbo električne energije v mehansko (ultrazvočno) energijo.

Trenutno se elektrostrikcija uporablja skoraj povsod - učinek je nasproten piezoelektrični… To pomeni, da se na pretvornik na keramični ali kvarčni plošči, ki ustvarja ultrazvok, dovaja izmenična električna napetost. Akustični koncentrator poveča amplitudo odhajajočih vibracij v območju rezanja.

Material se zmehča in reže z ultrazvočno energijo, rezilo noža pa preprosto igra vlogo pozicioniranja reza in oddajanja ultrazvočne energije. Rezalne sile se zmanjšajo za približno 75 %, produktivnost postopka rezanja pa se znatno poveča v primerjavi z drugimi metodami rezanja.

Za povečanje učinkovitosti rezanja lahko uporabite abrazive.

Ultrazvočni rezalni stroji

Hitrost rezanja je odvisna od materiala, ki se obdeluje, in je na splošno določena z razmerjem: V = 4 * X * e, kjer je X največja amplituda vibracij, m, e je ultrazvočna frekvenca, Hz.

Tako bo z amplitudo 12 mikronov in frekvenco 35 kHz hitrost rezanja: 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m / s.

Kot je znano iz drugih tehnologij (na primer pri mehanskem rezanju), se s povečanjem rezalne hitrosti zmanjšajo ne le rezalne sile, ampak tudi obraba rezila rezalnega orodja, zato se rezila iz karbidne trdine priporočajo tudi za ultrazvočno rezanje. Vzdržljivost rezil iz karbidne trdine je lahko do 20.000 m ali več.

Ročna ultrazvočna rezalna naprava

Ultrazvočno rezanje je primerno za materiale kot so guma, PVC, tiskana vezja, folije, kompoziti, plastika, vse vrste papirja, tkanine, preproge, usnje, hrana (zamrznjeno meso, sladkarije, kruh, čokolada itd.), tanek film in materiali iz satja, za čiščenje fosilov, za odstranjevanje rje in barve, za graviranje in rezljanje kovin, za označevanje kovin.

Ultrazvočno rezanje se lahko izvaja tako v ročnem načinu kot s pomočjo avtomatiziranih naprav in robotov, obstajajo tudi modeli za 3-D rezanje čebeljih materialov.