Tăierea cu ultrasunete a materialelor

Principiul tăierii cu ultrasunete este complet diferit de tehnologiile tradiționale de tăiere a materialelor. În primul caz folosim energie ultrasonicăcare nu necesită ascuțirea muchiilor tăietoare ale sculei și aplicarea unor forțe mari.

Spre deosebire de tăierea mecanică, tăierea cu ultrasunete nu are așchii, fără zgomot, fără margini arse precum laserul sau alt tratament termic, fără fum sau gaze. În comparație cu tăierea cu jet de apă, nu există nicio pătrundere a umidității în material. În ceea ce privește reducerea costurilor, tăierea cu ultrasunete este o alternativă la tăierea cu laser și apă.

Vârful de tăiere vibrează ultrasonic, ceea ce provoacă frecare foarte mică, iar materialul de tăiere nu se lipește, ceea ce este deosebit de important pentru materialele vâscoase și elastice, alimentele congelate, cauciucul și alte materiale care nu pot fi tăiate sub presiune.

Undele cu ultrasunete nu pot fi auzite de oameni. Cuțitul de tăiere cu ultrasunete vibrează cu o amplitudine de 10 — 70 µm pe direcția longitudinală. Vibrația este microscopică, deci nu poate fi văzută. Mișcarea se repetă de 20.000 — 40.000 de ori pe secundă (frecvență 20 — 40 kHz).

Dispozitivele cu ultrasunete cu o frecvență mai mică au mai multă greutate și mai multă putere de ieșire. Amplitudini mai mari pot fi atinse și la frecvențe mai mici. Mașinile cu o frecvență de 20 kHz sunt mai potrivite pentru tăierea materialelor groase și rezistente.

Dezavantajul unor astfel de dispozitive este că frecvența ultrasunetelor este aproape de domeniul audibil și pot fi necesare măsuri de reducere a zgomotului în timpul funcționării.

Dispozitivele de 35 kHz sunt mai potrivite pentru materiale mai subțiri, cum ar fi folie, imitație de piele și textile, precum și pentru prelucrarea formelor complexe. În același timp, mașinile sunt silențioase în funcționare.

Exemple de aplicații pentru tăierea cu ultrasunete

Dispozitivele de tăiere cu ultrasunete constau dintr-un traductor ultrasonic, un vârf de butuc, un cuțit și o sursă de alimentare. Un traductor cu ultrasunete este folosit pentru a converti energia electrică în energie mecanică (ultrasunete).

În prezent, electrostricția este utilizată aproape universal - efectul este opus piezoelectric… Aceasta înseamnă că o tensiune electrică alternativă este aplicată traductorului pe o placă ceramică sau de cuarț care generează ultrasunete. Concentratorul acustic mărește amplitudinea vibrațiilor de ieșire în zona de tăiere.

Materialul este înmuiat și tăiat cu ajutorul energiei ultrasonice, iar lama cuțitului joacă pur și simplu rolul de a poziționa tăierea și de a emite energie ultrasonică. Forțele de tăiere sunt reduse cu aproximativ 75% iar productivitatea procesului de tăiere este semnificativ crescută în comparație cu alte metode de tăiere.

Abrazivele pot fi folosite pentru a crește eficiența tăierii.

Mașini de tăiat cu ultrasunete

Viteza de tăiere depinde de materialul care este prelucrat și este determinată în general de raportul: V = 4 * X * e, unde X este amplitudinea maximă a vibrației, m, e este frecvența ultrasonică, Hz.

Astfel, cu o amplitudine de 12 microni și o frecvență de 35 kHz, viteza de tăiere va fi: 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m/s.

După cum se știe din alte tehnologii (de exemplu, în tăierea mecanică), odată cu creșterea vitezei de așchiere, nu numai forțele de așchiere, ci și uzura lamei sculei de tăiere scade.De aceea, lamele din carbură sunt recomandate și pentru tăiere cu ultrasunete. Durabilitatea lamelor metalice din carbură poate fi de până la 20.000 m sau mai mult.

Dispozitiv de tăiere cu ultrasunete portabil

Tăierea cu ultrasunete este potrivită pentru materiale precum cauciuc, PVC, plăci de circuite imprimate, filme, compozite, materiale plastice, tot felul de hârtie, țesături, covoare, piele, alimente (carne congelată, bomboane, pâine, ciocolată etc.), peliculă subțire si materiale din fagure, pentru curatarea fosilelor, pentru indepartarea ruginii si vopselei, pentru gravarea si sculptura metalelor, pentru marcarea metalelor.

Tăierea cu ultrasunete se poate face atât în ​​modul manual, cât și cu ajutorul instalațiilor automate și roboților, există și modele pentru tăierea 3-D a materialelor apicole.