MASKINERAR TORKCERAMISKA MATERIAL
Ultraljudsbearbetningsteknik kan hjälpa tillverkare att öka genomströmningen för avancerade keramiska komponenter.
Från nästa generations missilkupoler för försvar till höftimplantatkomponenter för medicinsk industri gör de mekaniska egenskaperna hos keramiska material dem ideala för ett brett utbud av applikationer. Keramiska material som aluminiumoxid (aluminiumoxid) och kiselnitrid har många fördelaktiga egenskaper: extrem seghet, förmåga att motstå höga temperaturer och motståndskraft mot kemisk korrosion, bara för att nämna några. Dessa egenskaper och andra gör keramik attraktiv för designers som behöver komponenter med exceptionell hållbarhet. Tyvärr presenterar samma egenskaper även tillverkningsutmaningar som kan vara svåra att övervinna utan lämplig teknik.
Komponenter gjorda av mjukare optiskt glas kan effektivt tillverkas med dator numeriskt styrda (CNC) verktygsmaskiner med ett roterande skärverktyg impregnerat med diamanter. Vid tillämpning av denna metod på keramik bär skärverktygen dock mycket snabbare, eftersom verktyget och arbetsstycket utövar större krafter på grund av materialets hårdhet. För att kompensera för den ökade kraften måste maskinoperatörerna öka hastigheten på verktygspindeln samtidigt som skärhastigheten minskas (hastigheten vid vilken verktyget flyttas in i delen). I slutändan resulterar detta i längre cykeltider och mindre effektivitet.
Ultraljudsmaskinering
En teknik som kallas ultraljudsassisterad bearbetning kan hjälpa till att övervinna utmaningarna i samband med traditionell CNC-bearbetning. Ultraljudsbearbetningscentra * införlivar teknik för kostnadseffektiva maskinkeramiska komponenter. Ultraljudsbearbetning innebär att man lägger upp en upp-och-ner-svängning till det roterande verktyget, vilket möjliggör en friare skärning av dessa mycket hårda material.
Oscillationsens amplitud är liten (mikrometer) men effektiv vid avlägsnande av material när verktyget oscillerar vid sin idealiska frekvens. Att upprätthålla den ideala frekvensen, mätt i kilohertz (kHz), säkerställer att maskinen utför högsta effektivitet och ger förutsägbara resultat.
Egenutvecklad programvara ** bestämmer den ideala svängningsfrekvensen för varje verktyg genom att utföra en frekvenssvep under den ursprungliga inställningen. Frekvenssökningen identifierar den optimala frekvensen (vanligtvis mellan 20 och 40 kHz) genom att analysera storleken, formen och massan av verktyget som används för jobbet. När den ideala frekvensen bestäms och cykeln startar, justerar mjukvaran automatiskt frekvensen medan delen bearbetas för att bibehålla topp ultraljudsbearbetning. Skiftet i frekvens kan sträcka sig från några hertz till hundratals hertz, beroende på förändringen i bearbetningsförhållandena när verktyget är i kontakt med delen.
Avancerade bearbetningsprocesser för hårda keramiska material ger följande fördelar:
Signifikant minskade krafter på arbetsstycket och verktyget under bearbetningen, vilket ger operatörerna frihet att öka bearbetningshastigheter och skära matningshastigheter
Minskade cykeltider, jämfört med standard slipnings- / fräsmaskiner
Minimal verktygsslitage och längre verktygslängd som en följd av minskad kraft på sidan och verktyget
Ökad precision hos de bearbetade komponenterna på grund av mer förutsägbart verktygsliv
Minskade verktygskostnader
Minskade spindelhastigheter, speciellt för hål så små som .007 in.
Dessutom har ultraljudsbearbetning visat bättre ytkvalitet jämfört med standard CNC-slipning / fräsning. Detta är särskilt viktigt när en efterföljande polering krävs för att uppnå de nödvändiga delspecifikationerna. Ju mer exakt delens ytaform och råhet är efter slipprocessen, desto mindre tid tar det att polera.
* Som OptiSonic ™ -serien, utvecklad av OptiPro Systems. ** IntelliSonic ™, utvecklad av OptiPro Systems.
Test och resultat
Grundlig testning har visat hur användningen av ultraljudsbearbetningsteknik kan öka tillverkningseffektiviteten hos keramiska material. I vissa fall reducerades cykeltiderna med 50% eller mer jämfört med standard CNC-bearbetning. Två tester utfördes nyligen för att utvärdera kapaciteten hos ultraljudsbearbetning i olika snittscenarier.
Det första testet innebar ultraljudsbearbetning av aluminiumoxid. Aluminiumoxidfamiljen av teknisk keramik är grupperad enligt renhetsnivåer. Aluminium av högre renhet är idealisk för mer krävande applikationer.1 För att mäta fördelen med ultraljudsbearbetning, cirkulär fickor som var och en hade en diameter av 16 mm och ett djup på 50 mm var bearbetade i aluminiumoxid. Genom att lägga till ultraljudsassistans till ett diamantverktyg med 12,7 mm diametern, var spindeln inställd på 8.511 RPM med en programmerad matningshastighet på 1 650 mm / min. Varje ficka slutfördes under en cykeltid på 6 min och 30 sek. Som jämförelse tog bearbetning av ett av dessa hål med en konventionell CNC-fräsmaskin över 1 timme och krävde att verktyget skulle bytas efter varje hål på grund av överdriven slitage. Diamantverktyget som användes på ultraljudsmaskinen visade mycket lite slitage efter att ha producerat 12 hål.
Det andra testet gjordes för att bestämma effektiviteten hos ultraljudsbearbetning på kiselnitrid. Kiselnitrid har en unik kornstruktur som inte bara gör det möjligt att ha överlägsen hög seghet utan även exceptionellt hög termisk stötdämpning.2 I detta test utförde en 4 mm diamantkärnborra en rak Z-axelmatning i delen för att skapa en hål med ett djup av 13 mm. Med ultraljudsassistans inkluderade kärnborrningsparametrarna en spindelhastighet på 6 511 RPM och en matningshastighet av 1 mm / min. Även om en 1 mm / min matningshastighet verkar liten är den idealisk med tanke på den extrema hårdheten hos kiselnitrid. Vid dessa parametrar var den totala cykeltiden för att slutföra hålet 15 min, tre gånger snabbare än vanlig CNC-bearbetning.
Utökade möjligheter
Eftersom marknaden för keramiska komponenter fortsätter att växa är det viktigt att tillverkarna är utrustade med den senaste tekniken. Ultraljudsbearbetningscentraler ger mer kapacitet än vanliga CNC-slipnings- / fräsmaskiner och är idealiska för en mängd olika applikationer. Oavsett om det behövs en lättviktsdel, långa kärnor, små hål eller komplexa geometriska egenskaper, ökar effektiviteten och ökar verktygslängden med ultraljudsvibrationer till ett diamantslipningsverktyg. Tillverkare som använder ultraljudsbearbetningscentraler kan uppleva större genomströmning av keramiska komponenter samtidigt som de spenderar mindre tid och pengar på att köpa nya verktyg.
För att hitta en AUTOMATION ULTRASONISK MASKIN för din kännedom?
Klick AUTOMATION ULTRASONIC MACHINING för att inse det!
