Ultrazvukové rezanie materiálov

Princíp rezania ultrazvukom je úplne odlišný od tradičných technológií rezania materiálu. V prvom prípade používame ultrazvuková energiaktorý nevyžaduje ostrenie rezných hrán nástroja a použitie veľkých síl.

Na rozdiel od mechanického rezania, rezanie ultrazvukom nemá žiadne triesky, žiadny hluk, žiadne spálené hrany ako laser alebo iné tepelné spracovanie, žiadne výpary alebo plyny. V porovnaní s rezaním vodným lúčom nedochádza k prenikaniu vlhkosti do materiálu. Z hľadiska nákladov na rezanie je rezanie ultrazvukom alternatívou k rezaniu laserom a vodou.

Rezný hrot vibruje ultrazvukom, čo spôsobuje veľmi malé trenie a rezný materiál sa nelepí, čo je dôležité najmä pri viskóznych a elastických materiáloch, mrazených potravinách, gume a iných materiáloch, ktoré sa nedajú rezať pod tlakom.

Ultrazvukové vlny ľudia nepočujú. Ultrazvukový rezací nôž vibruje s amplitúdou 10 – 70 µm v pozdĺžnom smere. Vibrácie sú mikroskopické, takže ich nie je možné vidieť. Pohyb sa opakuje 20 000 – 40 000 krát za sekundu (frekvencia 20 – 40 kHz).

Ultrazvukové prístroje s nižšou frekvenciou majú väčšiu hmotnosť a väčší výkon. Vyššie amplitúdy možno dosiahnuť aj pri nižších frekvenciách. Na rezanie hrubých a pevných materiálov sú vhodnejšie stroje s frekvenciou 20 kHz.

Nevýhodou takýchto zariadení je, že ultrazvuková frekvencia je blízko počuteľného rozsahu a počas prevádzky môžu byť potrebné opatrenia na zníženie hluku.

Zariadenia s frekvenciou 35 kHz sú vhodnejšie pre tenšie materiály, ako je fólia, koženka a textílie, ako aj pre spracovanie zložitých tvarov. Zároveň sú stroje v prevádzke tiché.

Príklady použitia pre rezanie ultrazvukom

Ultrazvukové rezacie zariadenia pozostávajú z ultrazvukového prevodníka, hrotu náboja, noža a napájacieho zdroja. Ultrazvukový prevodník sa používa na premenu elektrickej energie na mechanickú (ultrazvukovú) energiu.

V súčasnosti sa elektrostrikcia používa takmer univerzálne — efekt je opačný piezoelektrický… To znamená, že na prevodník na keramickej alebo kremennej doske sa privádza striedavé elektrické napätie, ktoré generuje ultrazvuk. Akustický koncentrátor zvyšuje amplitúdu odchádzajúcich vibrácií v oblasti rezu.

Materiál je zmäkčený a rezaný ultrazvukovou energiou a čepeľ noža jednoducho hrá úlohu polohovania rezu a vydávania ultrazvukovej energie. Rezné sily sú znížené asi o 75% a produktivita procesu rezania je výrazne zvýšená v porovnaní s inými metódami rezania.

Na zvýšenie účinnosti rezania je možné použiť abrazíva.

Ultrazvukové rezacie stroje

Rýchlosť rezania závisí od spracovávaného materiálu a je všeobecne určená pomerom: V = 4 * X * e, kde X je maximálna amplitúda vibrácií, m, e je ultrazvuková frekvencia, Hz.

Takže s amplitúdou 12 mikrónov a frekvenciou 35 kHz bude rýchlosť rezania: 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m / s.

Ako je známe z iných technológií (napríklad pri mechanickom rezaní), so zvyšovaním reznej rýchlosti klesajú nielen rezné sily, ale aj opotrebovanie ostria rezného nástroja.Preto sa tvrdokovové ostrie odporúčajú aj pre rezanie ultrazvukom. Trvanlivosť čepelí z tvrdokovu môže byť až 20 000 m alebo viac.

Ručné ultrazvukové rezacie zariadenie

Ultrazvukové rezanie je vhodné pre materiály ako guma, PVC, dosky plošných spojov, fólie, kompozity, plasty, všetky druhy papiera, látky, koberce, koža, potraviny (mrazené mäso, cukríky, chlieb, čokoláda atď.), tenké fólie a materiály z plástov, na čistenie fosílií, na odstraňovanie hrdze a farby, na rytie a vyrezávanie do kovu, na označovanie kovov.

Ultrazvukové rezanie je možné vykonávať v manuálnom režime aj pomocou automatizovaných inštalácií a robotov, existujú aj modely na 3-D rezanie včelích materiálov.