Quý vị đang xem loạt tin bài “Gia công siêu âm: Độ cứng và Âm thanh”, để xem Phần 1, vui lòng nhấn vào đây.
Tất cả đều hào hứng
Nguồn điện tới từ máy phát sóng hình sin tạo ra năng lượng điện tần số cao sau khi chuyển từ các tín hiệu tần số thấp (từ 60 Hz lên xấp xỉ 20 kHz). Hầu hết là máy phát sóng và công cụ/ phễu được thiết lập phụ thuộc lẫn nhau để tối ưu nguồn lực. Nguyên tắc chung trong mối quan hệ này là: năng lượng được cung cấp càng lớn thì công cụ càng căt được vùng lớn.
Theo đó, một máy chuyển đổi có thể là áp điện hay áp từ, được dùng để chuyển đổi nguồn điện sang các dao động cơ học. Hầu hết các máy hiện nay đều dùng các mẫu trước đây có tỉ lệ hiệu suất chuyển đổi lên tới 96%. Thêm vào đó, chúng không yêu cầu phải làm mát bằng nước. Các phát triển gần đây cũng cho phép các máy phát điều chỉnh tần số để phù hợp với tính cộng hưởng của công cụ và phễu. Ngoài việc khắc phục được các lỗi nhỏ thì sự linh hoạt này giảm tạo nhiệt và mất năng lượng âm thanh.
Các tác động khuếch đại
Với vai trò hỗ trợ, công cụ này là một phụ kiện quan trọng cho toàn bộ quá trình. Phễu cũng có vai trò như vậy, với hàng loạt các vật liệu và kích cỡ khác nhau, hình trụ, hình mũ, hình nón hay bậc thang phụ thuộc vào các ứng dụng của nó. Phần lớn là các phễu chuyển sóng siêu âm tới công cụ trong khi khuếch đại rung động tới biên độ cần thiết, đôi khi lên tới 600%.
Các phễu không khuếch đại có dạng hình trụ, trong khi phễu khuếch đại được điều chỉnh tại thiết diện và có xu hướng mở rộng ở phía cuối. Tay cầm công cụ phải làm bằng kim loại có sức bền tốt, chống ăn mòn và thất thoát ít âm thanh. Thông thường được làm bằng các vật liệu như các bua vonfram, thép và gần đây là kim cương đa tinh thể.
Có thể được gắn với công cụ bằng cách hàn, hàn vẩy cứng hay lắp ren. Thông thường thì dùng các mối nối ren vì dễ thay đổi, tuy nhiên lại dễ bị lỏng và không bền.
Công cụ và vật liệu
Mặt khác, các công cụ lại được làm theo các hình dáng phức tạp và chủ yếu bằng các vật liệu bền hơn và ít giòn hơn sản phẩm. Đây cũng là một trong các thông số chính ảnh hưởng tới tỷ lệ tháo liệu, phụ thuộc vào việc nó được làm bằng gì.
Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã tìm ra thép có hàm lượng cacbon cao để đạt được sản xuất tốt hơn khi gia công titanium vì thép cứng hơn titanium và được dùng như một công cụ tạo chỗ lõm lên sản phẩm. Tuy nhiên, kích cỡ cũng là một vấn đề. Công cụ lớn thì hiệu quả ít hơn vì hấp thụ nhiều năng lượng âm thanh hơn, trong khi không có công cụ nào gây áp lực quá mức.
Sự mòn của dụng cụ cắt luôn liên quan đến USM vì chúng cũng đóng góp một phần lên tỉ lệ loại bỏ vật liệu. Khi vật liệu như hỗn hợp xi măng cứng hơn, chúng cũng giòn hơn và dễ mòn hơn.
Ngược lại, titanium là công cụ sống lâu nhất vì có dung sai biến dạng lớn nhất trước khi bị nứt. Ngược lại với các tình huống thông thường, các công cụ titanium được phát hiện là tạo ra các bề mặt có chất lượng tốt hơn với tỉ lệ loại bỏ vật liệu cao hơn (đã được kiểm tra với chất ăn mòn có kích cỡ sạn từ 220 đến 500).
Vữa chịu lửa
Thành phần vữa chịu lửa là một nhân tố chính tạo nên tính thô cho bề mặt sản phẩm. Hầu hết đều được làm từ sạn ăn mòn nổi trong chất lỏng, kính cỡ và số lượng các hạt sẽ quyết định bề mặt hoàn thiện dự tính trên vật liệu. Được tăng lên gấp đôi với vai trò là một chất làm mát, nó cũng quan trọng đối với chất lỏng để tạo ra độ nhớt thấp, các đặc tính ẩm ướt tốt và tính dẫn nhiệt cao.
Kích cỡ của hạt sạn trong vữa có thể từ 100 đến 800, việc lựa chọn các hạt phụ thuộc vào loại và độ cứng của vật liệu được gia công, tỷ lệ tháo rời vật liệu và bề mặt hoàn thiện mong muốn. Ví dụ, các hạt thô hơn thì tạo tỷ lệ tháo liệu lớn hơn. Chúng cũng tạo ra nhiều tác động hơn và tháo các dầu lớn hơn. Trong khi mật độ các hạt chủ yếu trong khoảng từ 20 đến 60% thì kết quả mật độ tốt nhất đạt được là 30%.
Về vật liệu, cacbua silicon được phát hiện là có khả năng cắt hơn 50 tới 60% so với alumina. Nói chung, hạt càng to thì bề mặt càng thô. Tương tự như vậy, hạt bé hơn sử dụng cho các bề mặt hoàn thiện mịn hơn, trong khi nếu muốn chú trọng vào việc tháo liệu thì dùng hạt lớn. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng USM sản xuất ra các bề mặt hoàn thiện tốt hơn hầu hết các quá trình gia công khác sử dụng gia công titanium.
Gia công sóng siêu âm xoay
Mục tiêu xuất phát từ USM là phát triển gia công sóng siêu âm xoay (RUM) như một sự lựa chọn khác, phương pháp ghép kết hợp nghiền kim cương và USM. Hoạt động với cùng một nguyên tắc như vậy, RUM lại không kết hợp với vữa chịu nhiệt. Thay vào đó, các hạt ăn mòn được gắn với công cụ, công cụ xoay và rung theo hướng vuông góc với vật liệu. Trong khi đó, chất lỏng làm nguội được bơm dọc máy khoan đẩy lùi các mảnh vỡ và duy trì nhiệt độ.
Rung động trong RUM cũng dẫn tới các lợi ích như tăng độ chính xác, tỷ lệ gia công cao (gấp 6 tới 10 lần cách nghiền truyền thống), áp lực công cụ thấp, cũng như khả năng khoan sâu và lỗ nhỏ. Điều này đặc biệt hữu dụng khi đào các lỗ nhỏ, là một trong các vấn đề đáng lưu tâm nhất khi gia công vật liệu cứng hơn.
Tuy nhiên sự khác biệt chủ yếu giữa RUM và USM là chuyển động xoay. Thêm vào đó, tỷ lệ tháo rời vật liệu nhanh hơn làm tốc độ xoay nhanh hơn. Một cải tiến khác là tỷ lệ mòn vật liệu, vì các hạt mài mòn không nẩy trở lại và qua lại giữa công cụ và sản phẩm.
Với nhu cầu tăng lên giữa các phần nhẹ hơn và bền hơn, ngành sản xuất đang chứng kiến các vật liệu khó gia công ngày càng tăng. Cùng với hiện tượng này, có nhiều phương pháp gia công không truyền thống được áp dụng hơn như USM, được phát triển đúng lúc để phù hợp với các tính năng gia công mới.
(Theo Asia Pacific Metalworking Equipment News)
