العربية
 |
| تكرر: | |
|---|---|
| سعة الاهتزاز (أ): | |
| الفجوة overcut: | |
| الكمية: | |
M20-R
Rps-sonic
M20-R
مقدمة
وعلى النقيض من ذلك، بالقطع بالموجات فوق الصوتية هي عملية تصنيع غير حرارية وغير كيميائية وغير كهربائية تترك التركيب الكيميائي والبنية المجهرية للمادة والخصائص الفيزيائية لقطعة العمل دون تغيير.يُشار إليها أحيانًا باسم الطحن بالموجات فوق الصوتية (UIG) أو القطع بالاهتزاز، ويمكن استخدام عملية UM لإنشاء مجموعة واسعة من الميزات المعقدة في المواد المتقدمة.
UM هي عملية إزالة ميكانيكية للمواد يمكن استخدامها لتصنيع كل من المواد الموصلة وغير المعدنية بصلابة تزيد عن 40 HRC (يتم قياس صلابة روكويل بمقياس C).يمكن استخدام عملية UM لتصنيع الميزات الدقيقة الدقيقة، والثقوب الدائرية والغريبة الشكل، والتجويفات العمياء، وميزات OD/ID.يمكن حفر ميزات متعددة في وقت واحد، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى تقليل إجمالي وقت المعالجة بشكل كبير.
يتم نقل الطاقة عالية التردد ومنخفضة السعة إلى مجموعة الأداة.يمر تيار مستمر من الملاط الكاشطة بين الأداة وقطعة العمل.تعمل الأداة الاهتزازية، جنبًا إلى جنب مع الملاط الكاشط، على كشط المادة بشكل موحد، مما يترك صورة عكسية دقيقة لشكل الأداة.الأداة لا تتلامس مع المادة؛فقط الحبوب الكاشطة هي التي تتصل بقطعة العمل.
في عملية UM، يتم تطبيق إشارة كهربائية منخفضة التردد على محول الطاقة، والذي يحول الطاقة الكهربائية إلى اهتزاز ميكانيكي عالي التردد (~ 20 كيلو هرتز) (انظر الشكل 2).تنتقل هذه الطاقة الميكانيكية إلى مجموعة البوق والأداة وتؤدي إلى اهتزاز أحادي الاتجاه للأداة بتردد فوق صوتي بسعة معروفة.عادةً ما تكون سعة الاهتزاز القياسية أقل من 0.002 بوصة. ويتراوح مستوى الطاقة لهذه العملية من 50 إلى 3000 واط.يتم تطبيق الضغط على الأداة في شكل حمل ثابت.
يمر تيار مستمر من الملاط الكاشطة بين الأداة وقطعة العمل.تشمل المواد الكاشطة شائعة الاستخدام الماس وكربيد البورون وكربيد السيليكون والألومينا، ويتم تعليق الحبوب الكاشطة في الماء أو في محلول كيميائي مناسب.بالإضافة إلى توفير الحبوب الكاشطة لمنطقة القطع، يتم استخدام الملاط لطرد الحطام.تعمل أداة الاهتزاز، جنبًا إلى جنب مع الملاط الكاشط، على كشط المادة بشكل موحد، مما يترك صورة عكسية دقيقة لشكل الأداة.
المعالجة بالموجات فوق الصوتية هي عملية تصنيع كاشطة فضفاضة تتطلب قوة منخفضة جدًا مطبقة على الحبوب الكاشطة، مما يؤدي إلى تقليل متطلبات المواد وتقليل الضرر إلى الحد الأدنى أو عدم حدوث أي ضرر على السطح.يمكن تصنيف إزالة المواد أثناء عملية UM إلى ثلاث آليات: التآكل الميكانيكي عن طريق الطرق المباشر للجزيئات الكاشطة في قطعة العمل (الرئيسية)، والتقطيع الدقيق من خلال تأثير المواد الكاشطة حرة الحركة (الثانوية)، والتجويف الناجم عن التآكل والتأثير الكيميائي (بسيط).2
تعتمد معدلات إزالة المواد وخشونة السطح المتولدة على السطح المُشكل آليًا على خصائص المواد ومعلمات العملية، بما في ذلك نوع وحجم الحبوب الكاشطة المستخدمة وسعة الاهتزاز، بالإضافة إلى مسامية المادة وصلابتها وصلابتها.بشكل عام، سيكون معدل إزالة المواد أقل بالنسبة للمواد ذات صلابة المواد العالية (H) وصلابة الكسر (KIC).
معلمات الآلات بالموجات فوق الصوتية:
إن طريقة المعالجة بالاهتزاز بالموجات فوق الصوتية هي تقنية قطع فعالة للمواد التي يصعب تشكيلها.لقد وجد أن آلية USM تتأثر بهذه المعلمات المهمة.
سعة تذبذب الأداة (a0)
تردد تذبذب الأداة (و)
مادة الأداة
نوع المادة الكاشطة
حجم الحبوب أو حجم حبيبات المواد الكاشطة – d0
قوة التغذية - F
منطقة الاتصال للأداة – أ
التركيز الحجمي للمادة الكاشطة في ملاط الماء – C
نسبة صلابة قطعة العمل إلى صلابة الأداة؛σ=σث/σt
| غرض | معامل |
| كاشط | كربيد البورون وأكسيد الألومنيوم وكربيد السيليكون |
| حجم الحصى (د0) | 100 - 800 |
| تردد الاهتزاز (و) | 19 - 25 كيلو هرتز |
| سعة الاهتزاز (أ) | 15 - 50 ميكرومتر |
| مادة الأداة | سبائك التيتانيوم الصلب الناعمة |
| نسبة التآكل | التنغستن 1.5:1 والزجاج 100:1 |
| تجاوز الفجوة | 0.02-0.1 ملم |
على الرغم من أن تقنيات التصنيع متطورة بشكل جيد لمواد مثل المعادن وسبائكها، إلا أنه لا تزال هناك مشاكل كبيرة في تصنيع المواد الصلبة والهشة بما في ذلك السيراميك والزجاج.خصائصها الفيزيائية والميكانيكية المتفوقة تؤدي إلى دورة تصنيع طويلة وتكلفة إنتاج عالية.تعتبر المعالجة بالموجات فوق الصوتية (USM) باستخدام جزيئات كاشطة سائبة معلقة في ملاط سائل لإزالة المواد طريقة فعالة لتصنيع هذه المواد.يقدم هذا العمل لمحة موجزة عن USM أولاً ثم يتناول بشكل أساسي تطوير نموذج محاكاة لهذه العملية باستخدام تقنية عددية خالية من الشبكات، وهي هيدروديناميكا الجسيمات الملساء (SPH).تمت دراسة تكوين الشقوق على سطح العمل المتأثر بجزيئين كاشطين لفهم إزالة المواد وتفاعل الجزيئات الكاشطة في USM.يتم إجراء التجارب أيضًا للتحقق من نتائج المحاكاة.أثبت نموذج SPH أنه مفيد لدراسة USM وقادر على التنبؤ بأداء المعالجة.
تحظى المواد الصلبة والهشة، مثل الزجاج والسيراميك وكريستال الكوارتز، باهتمام متزايد في السنوات الأخيرة نظرًا لخصائصها الفائقة مثل الصلابة العالية والقوة العالية والاستقرار الكيميائي والكثافة المنخفضة.تلعب المنتجات عالية الأداء المصنوعة من هذه المواد دورًا مهمًا في مختلف المجالات الصناعية بما في ذلك أشباه الموصلات والمكونات البصرية والفضاء وصناعات السيارات [1، 2].ومع ذلك، لا تزال هناك مشاكل كبيرة مثل دورة التصنيع الطويلة وارتفاع تكلفة الإنتاج في تصنيع المواد الصلبة والهشة.وتتمثل الصعوبات الخاصة في إنتاج الهياكل الدقيقة/ النانوية ذات كفاءة تصنيع عالية، ونسب أبعاد عالية، وأسطح جيدة لا تحتوي على أي إجهاد متبقي أو شقوق دقيقة.ومن ثم، هناك حاجة ماسة لتطوير تقنيات التصنيع الدقيق والفعال لهذه المواد.
تم اقتراح تقنيات التصنيع غير التقليدية مثل تصنيع التفريغ الكهربائي وتصنيع شعاع الليزر لتصنيع المواد الصلبة والهشة.ومع ذلك، حتى هذه العمليات لها قيود بارزة تتمثل في أن الأسطح المُشكَّلة تتعرض دائمًا للأضرار الناجمة عن الحرارة مثل طبقة إعادة التشكيل والإجهاد الحراري.تعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية (USM) طريقة بديلة أخرى لتصنيع المواد الصلبة والهشة الموصلة وغير الموصلة.تُعرف هذه العملية بأنها عملية ميكانيكية كاملة دون التعرض للحرارة أو التأثيرات الكيميائية، لذا فإن USM لن يؤدي إلى إتلاف أدوات المعالجة حراريًا أو يبدو أنه يسبب مستويات كبيرة من الإجهاد المتبقي والتغيرات الكيميائية.
مقدمة
وعلى النقيض من ذلك، بالقطع بالموجات فوق الصوتية هي عملية تصنيع غير حرارية وغير كيميائية وغير كهربائية تترك التركيب الكيميائي والبنية المجهرية للمادة والخصائص الفيزيائية لقطعة العمل دون تغيير.يُشار إليها أحيانًا باسم الطحن بالموجات فوق الصوتية (UIG) أو القطع بالاهتزاز، ويمكن استخدام عملية UM لإنشاء مجموعة واسعة من الميزات المعقدة في المواد المتقدمة.
UM هي عملية إزالة ميكانيكية للمواد يمكن استخدامها لتصنيع كل من المواد الموصلة وغير المعدنية بصلابة تزيد عن 40 HRC (يتم قياس صلابة روكويل بمقياس C).يمكن استخدام عملية UM لتصنيع الميزات الدقيقة الدقيقة، والثقوب الدائرية والغريبة الشكل، والتجويفات العمياء، وميزات OD/ID.يمكن حفر ميزات متعددة في وقت واحد، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى تقليل إجمالي وقت المعالجة بشكل كبير.
يتم نقل الطاقة عالية التردد ومنخفضة السعة إلى مجموعة الأداة.يمر تيار مستمر من الملاط الكاشطة بين الأداة وقطعة العمل.تعمل الأداة الاهتزازية، جنبًا إلى جنب مع الملاط الكاشط، على كشط المادة بشكل موحد، مما يترك صورة عكسية دقيقة لشكل الأداة.الأداة لا تتلامس مع المادة؛فقط الحبوب الكاشطة هي التي تتصل بقطعة العمل.
في عملية UM، يتم تطبيق إشارة كهربائية منخفضة التردد على محول الطاقة، والذي يحول الطاقة الكهربائية إلى اهتزاز ميكانيكي عالي التردد (~ 20 كيلو هرتز) (انظر الشكل 2).تنتقل هذه الطاقة الميكانيكية إلى مجموعة البوق والأداة وتؤدي إلى اهتزاز أحادي الاتجاه للأداة بتردد فوق صوتي بسعة معروفة.عادةً ما تكون سعة الاهتزاز القياسية أقل من 0.002 بوصة. ويتراوح مستوى الطاقة لهذه العملية من 50 إلى 3000 واط.يتم تطبيق الضغط على الأداة في شكل حمل ثابت.
يمر تيار مستمر من الملاط الكاشطة بين الأداة وقطعة العمل.تشمل المواد الكاشطة شائعة الاستخدام الماس وكربيد البورون وكربيد السيليكون والألومينا، ويتم تعليق الحبوب الكاشطة في الماء أو في محلول كيميائي مناسب.بالإضافة إلى توفير الحبوب الكاشطة لمنطقة القطع، يتم استخدام الملاط لطرد الحطام.تعمل أداة الاهتزاز، جنبًا إلى جنب مع الملاط الكاشط، على كشط المادة بشكل موحد، مما يترك صورة عكسية دقيقة لشكل الأداة.
المعالجة بالموجات فوق الصوتية هي عملية تصنيع كاشطة فضفاضة تتطلب قوة منخفضة جدًا مطبقة على الحبوب الكاشطة، مما يؤدي إلى تقليل متطلبات المواد وتقليل الضرر إلى الحد الأدنى أو عدم حدوث أي ضرر على السطح.يمكن تصنيف إزالة المواد أثناء عملية UM إلى ثلاث آليات: التآكل الميكانيكي عن طريق الطرق المباشر للجزيئات الكاشطة في قطعة العمل (الرئيسية)، والتقطيع الدقيق من خلال تأثير المواد الكاشطة حرة الحركة (الثانوية)، والتجويف الناجم عن التآكل والتأثير الكيميائي (بسيط).2
تعتمد معدلات إزالة المواد وخشونة السطح المتولدة على السطح المُشكل آليًا على خصائص المواد ومعلمات العملية، بما في ذلك نوع وحجم الحبوب الكاشطة المستخدمة وسعة الاهتزاز، بالإضافة إلى مسامية المادة وصلابتها وصلابتها.بشكل عام، سيكون معدل إزالة المواد أقل بالنسبة للمواد ذات صلابة المواد العالية (H) وصلابة الكسر (KIC).
معلمات الآلات بالموجات فوق الصوتية:
إن طريقة المعالجة بالاهتزاز بالموجات فوق الصوتية هي تقنية قطع فعالة للمواد التي يصعب تشكيلها.لقد وجد أن آلية USM تتأثر بهذه المعلمات المهمة.
سعة تذبذب الأداة (a0)
تردد تذبذب الأداة (و)
مادة الأداة
نوع المادة الكاشطة
حجم الحبوب أو حجم حبيبات المواد الكاشطة – d0
قوة التغذية - F
منطقة الاتصال للأداة – أ
التركيز الحجمي للمادة الكاشطة في ملاط الماء – C
نسبة صلابة قطعة العمل إلى صلابة الأداة؛σ=σث/σt
| غرض | معامل |
| كاشط | كربيد البورون وأكسيد الألومنيوم وكربيد السيليكون |
| حجم الحصى (د0) | 100 - 800 |
| تردد الاهتزاز (و) | 19 - 25 كيلو هرتز |
| سعة الاهتزاز (أ) | 15 - 50 ميكرومتر |
| مادة الأداة | سبائك التيتانيوم الصلب الناعمة |
| نسبة التآكل | التنغستن 1.5:1 والزجاج 100:1 |
| تجاوز الفجوة | 0.02-0.1 ملم |
على الرغم من أن تقنيات التصنيع متطورة بشكل جيد لمواد مثل المعادن وسبائكها، إلا أنه لا تزال هناك مشاكل كبيرة في تصنيع المواد الصلبة والهشة بما في ذلك السيراميك والزجاج.خصائصها الفيزيائية والميكانيكية المتفوقة تؤدي إلى دورة تصنيع طويلة وتكلفة إنتاج عالية.تعتبر المعالجة بالموجات فوق الصوتية (USM) باستخدام جزيئات كاشطة سائبة معلقة في ملاط سائل لإزالة المواد طريقة فعالة لتصنيع هذه المواد.يقدم هذا العمل لمحة موجزة عن USM أولاً ثم يتناول بشكل أساسي تطوير نموذج محاكاة لهذه العملية باستخدام تقنية عددية خالية من الشبكات، وهي هيدروديناميكا الجسيمات الملساء (SPH).تمت دراسة تكوين الشقوق على سطح العمل المتأثر بجزيئين كاشطين لفهم إزالة المواد وتفاعل الجزيئات الكاشطة في USM.يتم إجراء التجارب أيضًا للتحقق من نتائج المحاكاة.أثبت نموذج SPH أنه مفيد لدراسة USM وقادر على التنبؤ بأداء المعالجة.
تحظى المواد الصلبة والهشة، مثل الزجاج والسيراميك وكريستال الكوارتز، باهتمام متزايد في السنوات الأخيرة نظرًا لخصائصها الفائقة مثل الصلابة العالية والقوة العالية والاستقرار الكيميائي والكثافة المنخفضة.تلعب المنتجات عالية الأداء المصنوعة من هذه المواد دورًا مهمًا في مختلف المجالات الصناعية بما في ذلك أشباه الموصلات والمكونات البصرية والفضاء وصناعات السيارات [1، 2].ومع ذلك، لا تزال هناك مشاكل كبيرة مثل دورة التصنيع الطويلة وارتفاع تكلفة الإنتاج في تصنيع المواد الصلبة والهشة.وتتمثل الصعوبات الخاصة في إنتاج الهياكل الدقيقة/ النانوية ذات كفاءة تصنيع عالية، ونسب أبعاد عالية، وأسطح جيدة لا تحتوي على أي إجهاد متبقي أو شقوق دقيقة.ومن ثم، هناك حاجة ماسة لتطوير تقنيات التصنيع الدقيق والفعال لهذه المواد.
تم اقتراح تقنيات التصنيع غير التقليدية مثل تصنيع التفريغ الكهربائي وتصنيع شعاع الليزر لتصنيع المواد الصلبة والهشة.ومع ذلك، حتى هذه العمليات لها قيود بارزة تتمثل في أن الأسطح المُشكَّلة تتعرض دائمًا للأضرار الناجمة عن الحرارة مثل طبقة إعادة التشكيل والإجهاد الحراري.تعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية (USM) طريقة بديلة أخرى لتصنيع المواد الصلبة والهشة الموصلة وغير الموصلة.تُعرف هذه العملية بأنها عملية ميكانيكية كاملة دون التعرض للحرارة أو التأثيرات الكيميائية، لذا فإن USM لن يؤدي إلى إتلاف أدوات المعالجة حراريًا أو يبدو أنه يسبب مستويات كبيرة من الإجهاد المتبقي والتغيرات الكيميائية.
