Ultrazvučno rezanje materijala

Princip ultrazvučnog rezanja potpuno je drugačiji od tradicionalnih tehnologija rezanja materijala. U prvom slučaju koristimo ultrazvučna energijakoji ne zahtijeva oštrenje reznih rubova alata i primjenu velikih sila.

Za razliku od mehaničkog rezanja, ultrazvučno rezanje nema strugotine, nema buke, nema spaljenih rubova poput laserske ili druge toplinske obrade, nema para ili plinova. U usporedbi s rezanjem vodenim mlazom, nema prodiranja vlage u materijal. U smislu smanjenja troškova, ultrazvučno rezanje je alternativa rezanju laserom i vodom.

Rezni vrh vibrira ultrazvučno, što uzrokuje vrlo malo trenja i materijal za rezanje se ne lijepi, što je posebno važno za viskozne i elastične materijale, smrznutu hranu, gumu i druge materijale koji se ne mogu rezati pod pritiskom.

Ultrazvučne valove ljudi ne mogu čuti. Ultrazvučni nož za rezanje vibrira amplitudom od 10 — 70 µm u uzdužnom smjeru. Vibracija je mikroskopska, pa se ne može vidjeti. Pokret se ponavlja 20 000 — 40 000 puta u sekundi (frekvencija 20 — 40 kHz).

Ultrazvučni uređaji s nižom frekvencijom imaju veću težinu i veću izlaznu snagu. Veće amplitude također se mogu postići na nižim frekvencijama. Strojevi s frekvencijom od 20 kHz prikladniji su za rezanje debelih i jakih materijala.

Nedostatak takvih uređaja je što je ultrazvučna frekvencija blizu čujnog raspona, a tijekom rada mogu biti potrebne mjere za smanjenje buke.

Uređaji od 35 kHz prikladniji su za tanje materijale poput folije, imitacije kože i tekstila, kao i za obradu složenih oblika. U isto vrijeme, strojevi su tihi u radu.

Primjeri primjene ultrazvučnog rezanja

Uređaji za ultrazvučno rezanje sastoje se od ultrazvučnog pretvarača, vrha glavčine, noža i izvora napajanja. Ultrazvučni pretvarač koristi se za pretvaranje električne energije u mehaničku (ultrazvučnu) energiju.

Trenutno se elektrostrikcija koristi gotovo univerzalno — učinak je suprotan piezoelektrični… To znači da se izmjenični električni napon primjenjuje na sondu na keramičkoj ili kvarcnoj ploči koja stvara ultrazvuk. Akustični koncentrator povećava amplitudu izlaznih vibracija u području rezanja.

Materijal se omekšava i reže ultrazvučnom energijom, a oštrica noža jednostavno igra ulogu pozicioniranja reza i emitiranja ultrazvučne energije. Sile rezanja su smanjene za oko 75%, a produktivnost procesa rezanja je značajno povećana u usporedbi s drugim metodama rezanja.

Abrazivi se mogu koristiti za povećanje učinkovitosti rezanja.

Ultrazvučni strojevi za rezanje

Brzina rezanja ovisi o materijalu koji se obrađuje i općenito se određuje omjerom: V = 4 * X * e, gdje je X najveća amplituda vibracija, m, e je ultrazvučna frekvencija, Hz.

Dakle, s amplitudom od 12 mikrona i frekvencijom od 35 kHz, brzina rezanja će biti: 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m / s.

Kao što je poznato iz drugih tehnologija (npr. kod mehaničkog rezanja), povećanjem brzine rezanja smanjuju se ne samo sile rezanja, već i trošenje oštrice reznog alata. Stoga se oštrice od tvrdog metala preporučuju i za ultrazvučno rezanje. Trajnost karbidnih metalnih oštrica može biti do 20 000 m ili više.

Ručni ultrazvučni uređaj za rezanje

Ultrazvučno rezanje je pogodno za materijale kao što su guma, PVC, tiskane ploče, filmovi, kompoziti, plastika, sve vrste papira, tkanine, tepisi, koža, hrana (smrznuto meso, slatkiši, kruh, čokolada, itd.), tanki film i materijali od saća, za čišćenje fosila, za skidanje hrđe i boje, za graviranje i rezbarenje metala, za označavanje metala.

Ultrazvučno rezanje može se obaviti kako ručno, tako i uz pomoć automatiziranih instalacija i robota, a postoje i modeli za 3-D rezanje pčelinjih materijala.