Postępy obróbki ultradźwiękowej w obróbce stopów twardych

W dziedzinie precyzyjnej produkcji, niektóre materiały stanowią poważne wyzwania dla inżynierów. Węglik spiekany, znany również jako spiekany węglik, wyróżnia się jako jeden z takich "twardych orzechów do zgryzienia". Ten stop składający się z wolframu i węglików stał się niezbędny dla narzędzi skrawających i elementów odpornych na zużycie ze względu na wyjątkową twardość, odporność na zużycie i stabilność termiczną. Jednak te same właściwości stwarzają znaczne trudności w obróbce, gdzie konwencjonalne metody okazują się niewystarczające, a specjalistyczne techniki zmagają się z nieefektywnością i szybkim zużyciem narzędzi.

Wyjątkowe właściwości węglika spiekanego - 2-3 razy twardszy niż stal z twardością w skali Mohsa 8,5-9 - sprawiają, że jest on lepszy od większości materiałów metalicznych. Jego stabilność chemiczna pozostaje niezachwiana nawet w wysokich temperaturach i trudnych warunkach, co czyni go idealnym do narzędzi skrawających i elementów o wysokim stopniu zużycia w obróbce metali, górnictwie, obróbce metali i zastosowaniach w piłach tarczowych.

Jednak ta ekstremalna twardość stwarza niespotykane dotąd wyzwania w obróbce. Tradycyjne metody toczenia, frezowania i wiercenia okazują się nieskuteczne. Chociaż można stosować narzędzia z polikrystalicznego diamentu (PCD), azotku boru sześciennego (CBN) lub ceramiczne, ulegają one przyspieszonemu zużyciu i szybkiej utracie ostrości.

Obecne główne metody obróbki obejmują szlifowanie tarczami diamentowymi lub obróbkę elektroerozyjną (EDM). Chociaż funkcjonalne, podejścia te stwarzają wiele trudności w osiąganiu wysokiej jakości wyników.

Przeszkody w obróbce przejawiają się w trzech krytycznych obszarach:

• Jakość i trwałość narzędzi: Ekstremalna twardość materiału wiąże się z kruchością, co prowadzi do odpryskiwania, pękania i szybkiej degradacji narzędzi. Konwencjonalne metody zmagają się z utrzymaniem jakości, podczas gdy specjalistyczne narzędzia ulegają nadmiernemu zużyciu.
• Ograniczenia wydajności: Połączenie dużej gęstości, twardości i kruchości wymaga precyzyjnej kontroli wibracji i sił skrawania. Niewłaściwa kontrola powoduje mikropęknięcia i fragmentację, co sprawia, że proces jest czasochłonny i frustrujący dla producentów.

Ostatnie postępy w technologii obróbki ultradźwiękowej oferują obiecujące rozwiązania tych uporczywych wyzwań. Ta innowacyjna technika nakłada wibracje o wysokiej częstotliwości (ponad 20 000 mikrowibracji na sekundę) na konwencjonalne procesy obróbki, tworząc wzdłużne wibracje narzędzia podczas obrotu.

Korzyści z tego mechanizmu mikrowibracji obejmują:

• Zmniejszone siły skrawania: Mniejsze tarcie między narzędziem a obrabianym przedmiotem umożliwia wyższe posuwy, jednocześnie poprawiając jakość powierzchni i wydłużając żywotność narzędzia.
• Ulepszone usuwanie wiórów: Wibracje o wysokiej częstotliwości sprzyjają pękaniu wiórów i zapobiegają ich splątaniu, poprawiając zarówno jakość, jak i wydajność.

Przypadek 1: Szlifowanie z wykończeniem lustrzanym
Producent uzyskał jakość powierzchni optycznej (Ra < 0,002μm) na przedmiocie obrabianym z węglika spiekanego o wymiarach 20x20mm, używając uchwytu narzędziowego HSKE40 ultradźwiękowego ze zintegrowanym CTS, ATC i automatyzacją CNC. Proces z jednym narzędziem obejmował wszystko, od zgrubnego do końcowego wykończenia lustrzanego, co okazało się szczególnie cenne w przypadku precyzyjnych form, wykrojników i elementów zaworów wysokociśnieniowych.

Przypadek 2: Obróbka gwintów
Inna operacja obrabiała gwinty M10x1,5P i wykonywała szlifowanie w kształcie H na przedmiocie obrabianym o wymiarach 50x70x10mm, używając uchwytu ultradźwiękowego HSKA63. Czas realizacji wynoszący 5 godzin stanowił 60% redukcję w porównaniu z tradycyjnymi metodami EDM, przy jednoczesnym uzyskaniu doskonałego wykończenia powierzchni (Ra 0,8μm).

Kompatybilność narzędzi: Systemy ultradźwiękowe automatycznie skanują narzędzia w poszukiwaniu częstotliwości rezonansowych (zazwyczaj 20-32 kHz) i mogą dostosowywać się do specyficznych wymagań narzędzi, przy czym większość standardowych narzędzi okazuje się kompatybilna po obszernych walidacjach.

Optymalizacja parametrów: Technologia obejmuje kompleksowe wsparcie w określaniu optymalnych posuwów i amplitud, zapewniając użytkownikom maksymalne korzyści z systemu.

Dla producentów borykających się z wyzwaniami obróbki węglika spiekanego, technologia ultradźwiękowa stanowi znaczący postęp, oferując poprawioną wydajność, jakość i trwałość narzędzi w porównaniu z konwencjonalnymi metodami.