УЗ резание материалов

Применение ультразвука для резки материалов позволяет повысить срок службы режущего инструмента, повысить качество изготавливаемых изделий, расширить возможности процесса при том же режущем инструменте, существенно снизить трудоёмкость процесса, повысить производительность, снизить себестоимость оборудования, даёт широкие возможности замены ручного труда. Ультразвуковое резание особенно эффективно при работе с труднообрабатываемыми материалами.

Ультразвуковое резание отличается от обычного механического тем, что в процессе резания режущей кромке инструмента сообщают ультразвуковые механические колебания.

Это, казалось бы, небольшое отличие позволяет добиться значительного повышения эффективности технологического процесса, а в некоторых случаях делает его единственно возможным для получения качественных изделий.

Ультразвуковое резание широко используется для обработки изделий из металлов, твердых и хрупких материалов, мягких и твердых термопластичных материалов, биологических тканей.

Ультразвуковое резание применяется в следующих случаях:


для нарезания резьб, сверления, точения, фрезерования деталей из металлов и неметаллических материалов;

для резания тонких рулонных материалов, например, полимерных плёнок, бумаги, синтетических тканей;

для резания, рассечения без сминания легко деформируемых объемных материалов, таких как биологические ткани, желеобразные и пеноматериалы;

для рассечения и одновременной заварки при помощи скальпелей или ножей полотен из мягких термопластичных материалов или синтетических тканей;

для срезания объемных фрагментов материалов, например, облоя, заусенцев, наплывов от сварки;

для вырезки (вырубки) в мелких деталях отверстий различной конфигурации.


Это далеко не исчерпывающий перечень возможностей ультразвукового резания.

Ультразвуковое резание металлов

Большой эффект достигается от применения ультразвукового резания при обработке изделий из металлов - при нарезании резьб, сверлении, точении, фрезеровании.

Нарезание резьбы, обработка сквозных или глухих отверстий в деталях из труднообрабатываемых сталей и сплавов нержавеющих и жаропрочных сталей, титановых сплавов и других металлов с высокими твердостью и хрупкостью при помощи метчиков, как известно, - трудоемкий, дорогой процесс, особенно при нарезании мелкоразмерной резьбы. Машинное нарезание мелкоразмерной резьбы в таких материалах обычным способом при помощи метчиков часто практически невозможно.

Наложение ультразвуковых колебаний на режущий инструмент - метчик:


значительно снижает усилие резания;

практически устраняет наростообразование на режущих кромках инструмента - повышается точность и качество резьбы;

гасит вибрацию инструмента - повышается стабильность процесса;

облегчает проникновение охлаждающей жидкости и её распыления в зоне резания за счет периодического отрыва режущей кромки от тела детали - значительно снижается температура в зоне резания, уменьшается износ режущего инструмента, уменьшается опасность заклинивания метчика;

В результате увеличивается срок службы режущего инструмента, расширяются технологические возможности, обеспечивается возможность применения машинной обработки, повышается производительность процесса.

Ультразвуковое резание термопластичных материалов

Уникальными преимуществами ультразвукового резания термопластичных материалов и синтетических тканей являются холодный нож и одновременная заварка края реза, что особенно важно при раскрое синтетических тканей.

Принцип ультразвукового резания последовательным способом с помощью свободного ножаУстройство для ультразвукового резания последовательным способом с помощью ножа и опоры
Рис. А. Принцип ультразвукового резания последовательным способом с помощью "свободного" ножа.
Рис. Б. Устройство для ультразвукового резания последовательным способом с помощью ножа и опоры.

1 - подвижная платформа, 2 - ультразвуковая колебательная система, 3 - корпус, 4 - механизм подъема корпуса, 5 - стойка, 6 - ручка.


При работе с мягкими рулонными и листовыми термопластичными материалами применяются либо последовательный либо параллельный (прессовый) способы резания.

При последовательном способе нож, расположенный под определенным углом к поверхности материала, передвигают параллельно этой поверхности таким образом, чтобы его режущая кромка рассекала материал (рис. А).

При параллельном (прессовом) способе - режущая кромка ножа расположена параллельно плоскости разрезаемого материала, а направление его движения направлено по нормали к этой плоскости. Таким образом, в данном случае резание происходит одновременно по всей линии реза (рис. Б).

Для устранения объемных фрагментов термопластичных материалов - наплывов от сварки, облоя после литья или заусенцев после механической обработки, используется объемная резка. При этом способе режущая кромка ножа направлена по поверхности сечения объемного фрагмента, аналогично работе стамеской.

Для реализации технологических процессов последовательного резания используется специальное ручное оборудование, а для прессового - машины, аналогичные машинам для ультразвуковой сварки термопластичных материалов.

ВНИИТВЧ разрабатывает технологии и выпускает оборудование для ультразвуковой резки материалов различного назначения:
• Оборудование с пьезокерамическими преобразователями
• Оборудование с магнитострикционными преобразователями
Кроме того, для резания металлов могут использоваться некоторые, выпускаемые ВНИИТВЧустройства для обработки поверхностей и резания металлов:
• Ультразвуковое оборудование для полировки и упрочнения поверхностей металлических деталей на пьезокерамических преобразователях
• Ультразвуковое оборудование для полировки и упрочнения поверхностей металлических деталей на магнитострикционных преобразователях