Utilizarea ultrasunetelor la prelucrarea prin aschiere.doc

8/15/2019 Utilizarea ultrasunetelor la prelucrarea prin aschiere.doc

http://slidepdf.com/reader/full/utilizarea-ultrasunetelor-la-prelucrarea-prin-aschieredoc 1/75

PROIECTContribuţii privind utilizarea ultrasunetelor la prelucrarea prin

aşchiere



Cuprins:

1. Introducere - necesitatea si oportunitatea problemei

2. Stadiul actual al cercetarilor3. Importanta si actualitatea problemei cercetate4. Cercetari priin utili!area ultrasunetelor laprelucrarea prin a"c#iere$. Posibilitati de utili!are%.Conclu!ii &enerale

'iblio&ra(e

1. Introducere - necesitatea si oportunitatea

problemei



Cercet)ri cu re!ultate semni(catie priind prelucrarea

materialelor cu a*utorul ultrasunetelor+ la noi ,n ar)+ ,n cadrul unor te!e de

doctorat+ au ost reali!ate de c)tre /icolae0tanasiu+ Oidiu r)&an 1$5+

Tudor Incl)n!an+ 1%5+ 6#. 0m!a+ Ioan 7ancu 185+ umitru amian

1825+ 7aleriu 'ote!atu 1835+ 6#. Paulescu 185+ 9aria /ea&u+

185+ 7iorel 9i#ai /ani 1%5+ Elena )c)tu"+ Ion Popescu 15+

9i#)i) Pept)naru 15 etc. ;erban /anu a reali!at o ampl) cercetare

priind sudarea prin presiune ,n c<mpultrasonor a tablelor din aluminiu

18$5. Conerine naionale de te#nolo&ii neconenionale+ ,n care s- au

pre!entat "i lucr)rire eritoare la prelucrarea cu a*utorul ultrasunetelor+ au

ost or&ani!ate ,n instituiile de,n))m<nt superior din Timi"oara+

'ucure"ti+ 'ra"o+ 6alai+ Ia"i+ Sibiu+ Suceaa etc.Te#nolo&iile

neconenionale oer) industriei posibilitatea de prelucrare a

unor materiale dure "i e=tradure+ ,n condiii de ma=im) e(cien) te#nico

-economic).

Prelucrarea cu ultrasunete are la ba!) transformarea energiei

electrice în energie mecanică de oscilatie a sculei.>n corp care

ibrea!) transmite o parte din ener&ia sade ibra?ie particulelor mediului

de contact. @ntr-un mediu elastic+ perturbatia se propa&) orm<nd undele

elastice, care iau+ alternati+ orma unei compresiuni sau a

uneie=pansiuni.

Ailosoul &rec Pita&ora este considerat ca (ind cel care+ prin e=perimentele

"i studiile sale asupra sunetelor emise de cor!ile ibrante + a pus ba!ele

acusticii ca "tiin). 0pro=imatidup) un mileniu+ (losoul rom<n 'oet#ius

introducea noiunea de recen). Studiul modernal undelor "i al acusticii

este iniiat de 6alileo 6alilei+ ,n secolul al B7II - lea acesta reali!ea!) un

studiu am)nunit asupra cor!ilor ibrante "i al le&)turii dintre

,n)limeasunetului "i recena sursei acustice.

Primele e=perimente ,n ederea obinerii ibraiilor ultrasonice au

ost reali!ate dec)tre Rudolp# Doeni&. Pentru a obine sunetul cel mai ,nalt

ce putea ( perceput de urec#ea uman)+ Doeni& a conceput mai multe

dispo!itie: diapa!oane+ tuburi de or&)+ bare din oelcu dierite lun&imi "i

orme ale seciunii+ care produceau ibraii cu recene ,ntre 4 "i FG!. @n



1+ 0lber& a reu"it s) m)soare unde ultrasonice propa&ate ,n aer cu

recene de p<n) la 3 FG!. Caracteristica principal) a procedeelor de prelucrare cu a*utorul

ultrasunetelor este pre!ena ibraiilor cu recen) ultrasonic) ,n !ona de

lucru. Prelucrarea cu ultrasunete esteindicat) ,n situaii ,n care se obine

un randament te#nico - economic superior celui re!ultat ,n urma aplic)rii altor prelucr)ri neconenionale sau clasice . 0t<t ,n ar)+

c<t "i peste#otare+ s- au acumulat multe cuno"tine priind prelucr)rile cu

ultrasunete.

UNDE ACUSTICE

Orice corp care ibrea!) transmite o parte din ener&ia sa de ibraie

particulelor mediului cu care se aH) ,n contact. se creea!) ,n acest el o

perturbaie. Consider<nd mediul elastic+ aceast) perturbaie nu r)m<ne

locali!at) datorit) interaciunii dintre particulele mediului+ ea

transmi<ndu-se din aproape ,n aproape+ orm<nd unde elastice care iau

alternati orma unei compresiuni sau a unei e=pansiuni. eoarece

modalitatea de a produce o perturbaie ,ntr-un mediu este oarte ariat)+

"i undele elastice pot ( oarte ariate.

Câmpul acustic. Tipurile de undă

>ndele acustice sunt o arietate de unde elastice. Priite din

punct de edere al recenei "i deci al sen!aiei pe care o produc asupra

or&anului auditi uman se deosebesc:

- undele infrasonore, care au recene inerioare recenei

sunetului celui mai &ra perceput de or&anul auditi al omului +$ 2

G!5

- undele sonore, care au recene care ac s) impresione!e

or&anul auditi al omului produc<nd sen!aia de au! 2 2 GJ5

- undele ultrasonore, care au recena ce dep)"esc recena

sunetului cel mai ,nalt perceput de or&anul auditi al unui om otolo&ic

normal. @n &eneral se consider) ultrasunete+ undele elastice cu recene

cuprinse ,ntre 1% G! "i 111 G!

- undele hipersonore, care au recene oarte ridicate "i nu se mai supun

le&ilor clasice ale mecanicii necesit<nd aplicarea le&ilor mecanicii



cuantice. omeniul lor ,ncepe de la apro=imati 11 G! "i se ,ntinde p<n)

la 114 G!+ acestor recene corespun!<ndu-le lun&imi de und)

comparabile cu distanele interatomice.

Re&iunea mediului elastic care se &)se"te ,n stare de ibraie "i care estesediul unor unde acustice se nume"te câmp acustic.

@n mi"carea ibratorie pe care o eectuea!)+ particulele mediului

pot aea dierite traiectorii+ cele mai simple "i cele mai recent ,nt<lnite

(ind traiectoriile liniare "i traiectoriile circulare.

>ndele ultrasonore+ la el ca "i undele elastice+ pot ( de dierse

tipuri ,n raport cu traiectoria pe care o pot aea particulele mediului "i cu

natura "i dimensiunile mediului prin care se propa&).

in acest punct de edere se deosebesc:

Comprimare Rare(ere

Direcţia de mişcareDirecţia de

a particulei

propa&are

K

Fig 1.1. Undele longitudinale: ! lungime de und"

- undele longitudinale, c<nd traiectoria undei este liniar) "i

deplasarea particulelor se produce ,n direcia propa&)rii undei Ai&. 1.1.5.

0ceste tipuri de unde iau na"tere "i se pot propa&a prin orice mediu

elastic+ &a!os+ lic#id+ solid sau plasm). Ele produc compresii "i rare(eri

succesie de-a lun&ul direciei de propa&are ,n Huide "i &a!e+ iar ,n solide

produc eorturi alternatie de ,ntindere "i comprimare. 9oleculele mediului

ibrea!) ,n *urul po!iiilor de ec#ilibru+ traiectoriile lor (ind drepte+ paralele

cu direcia de propa&are a rontului de und)+ ite!a de propa&are (ind

condiionat) de orele de interaciune dintre particulele mediului. ac)



dimensiunile mediului prin care se propa&) undele elastice nu pot (

considerate in(nite "i dein comparabile cu lun&imea undei acustice+

undele se numesc ,n acest ca! cvasilongitudinale#

- undele transversale, c<nd traiectoria undei este liniar)+ dar

deplasarea particulelor se ace dup) o direcie perpendicular) pe direciapropa&)rii undelor Ai&. 1.2.5. 0ceste unde se mai numesc "i unde de

alunecare "i se ormea!) numai ,n mediile solide+ deoarece au le&)turile

moleculare asi&urate.

K

irecia de mi"care ireciade

a particulei propa&are

K

Fig. 1.$. Undele transversale:

! lungimea de und"

Pentru propa&area acestor unde acustice este necesar ca (ecare

particul) s) e=ercite o or) de atracie asupra particulelor ,necinate

astel ,nc<t la mi"carea lor alternati) s) poat) aciona "i asupra celor

ecine.

e e=emplu+ c<nd rontul de und) a atins particulele m1 "i m2

care se mi"c) perpendicular pe direcia de propa&are a rontului de und)Ai&. 1.3.5 asupra particulei m3 aHat) ,n repaus or aciona "i orele care

s) e=ercite ,ntre m1 "i m3 "i cele care se e=ercit) ,ntre m2 "i m3.

m1



irecia de propa&are

m3

m2

Fig. 1.%. Undele transversale &n solid omogen in'nit: m1# m$# m% !

particule materiale

0ceste ore au componente lon&itudinale care se anulea!)

reciproc "i componente transersale care se adun) "i pun ,n mi"careparticula m2 tot ,n direcia de propa&are. 9odelul celor trei particule poate

( e=tins la un num)r in(nit de particule ce constituie corpul solid omo&en

"i nem)r&init

- undele de torsiune+ c<nd traiectoria particulei mediului este

circular) ,ntr-un plan perpendicular pe direcia de propa&are a rontului de

und)+ iar mediul are dimensiuni (nite. >ndele de torsiune apar ,n medii

solide de tipul barelor solicitate la torsiune.- undele (a)leigh, c<nd traiectoria particulei este un cerc a<nd

ca centru po!iia de repaus "i care este coninut ,ntr-un plan paralel cu

direcia de propa&are.

0cest tip special de unde apare pe supraaa liber) a unui corp

solid sau a unui mediu lic#id "i se mai numesc "i unde de suprafaţ". Sub

aciunea acestor unde de supraa) corpul a aea o mi"care lon&itudinal)

"i una transersal)+ moleculele e=ecut<nd o traiectorie eliptic) la trecerearontului. ac) se cercetea!) o seciune transersal) ,ntr-un mediu prin

care se propa&) unde RaLlie&#+ se constat) c) particulele e=ecut) mai

,nt<i o elips) de=tro&ir) ,n raport cu direcia de propa&are a undei "i ale

c)rei a=e se sc#imb) p<n) ce particulele ibrea!) numai ,n direcia

erticalei "i apoi o elips) leo&ir) care se atenuea!) p<n) la 1M din

amplitudinea de ibraie la o ad<ncime de o lun&ime de und) de supraa)

(&. 1. 4.5.



9i"carea particulei

irecia de propa&are

Fig. 1.*. Undele (a)leigh

Particulele separate printr-o lun&ime de und) se or &)si ,n

acela"i moment ,n puncte identice pe elipsele ce le descriu+ elipsele a<nd

aceea"i orm) la dierse ad<ncimi de supraa). @n ansamblu+ undele

RaLlei&# sunt constituite dintr-un num)r de cicluri+ (ecare ciclu d<nd un

ront de und) de-a lu&ul c)ruia particulele se &)sesc ,n po!iii identice peelipse identice Ai&. 1.$.5.

0cest tip de unde se propa&) numai la supraa)+ practic pe o

ad<ncime de c<tea lun&imi de und). >ndele RaLlei&# sunt

bidimensionale "i se atenuea!) mult mai &reu dec<t undele lon&itudinale

"i transersale. >ndele de supraa) sunt &enerate "i de cutremurele de

p)m<nt "i se propa&) la distane mari.

eoarece ele se ormea!) numai la supraa) de separare a dou)medii dierite+ ca de e=emplu oel-aer+ sunt utili!ate ,n deectoscopia

nedistructi) ultrasonic) pentru punere ,n eiden) a deectelor de

supraa) a (surilor "i cr)p)turilor.

K

Fig. 1.+. Undele de suprafaţ"

! lungime de und"



- undele amb+ c<nd undele elastice sunt &enerate ,n pl)ci subiri+

sau ,n bare subiri caracteristicile de transmisie depin!<nd de lun&imea de

und) ultrascurt)+ de tipul solidului "i de dimensiunile pl)cii sau barei.

9i"carea particulei la astel de tipuri de unde este deosebit de comple=)+

(ind asem)n)toare cu cea a undelor transersale c<nd dimensiunilecorpului solid sunt comparabile cu lun&imea de und) a ultrasunetului sau

cu cea a undelor de supraa) c<nd &rosimea pl)cii este e&al) sau c#iar

mai mic) dec<t lun&imea de und) a ultrasunetului. >ndele amb pot (

simetrice Ai&. 1.%. a5 sau asimetrice Ai&. 1.%. b5+ ele pot ( e=citate "i prin

incidena oblic) a unor unde lon&itudinale pe supraaa unui corp.

0mplitudinea undei a ( ma=im) atunci c<nd ite!a undei lon&itudinale v l+

a ( e&al) cu ite!a de a!) a undei amb v s, adic) atuci c<nd estesatis)cut) condiia:

s s

l

vv

v γλ α ==sin

,n care - este un&#iul de inciden) al undelor lon&itudinale recena

undei lon&itudinale.

@n aar) de dependena de "i ale undei lon&itudinale+ lun&imea

de und) amb depinde "i de &rosimea pl)cii ,n care se produce.@n marea ma*oritate a ca!urilor de aplicaii te#nolo&ice ale undelor

ultrasonore+ datorit) mediilor (ne ,n care are loc propa&area "i a ormelor

&eometrice oarte ariate+ apar dierite cate&orii de unde+ cre<ndu-se de

cele mai multe ori mi"c)ri deosebit de comple=e.



Fig. 1./. Undele amb

a ! simetrice# b 0 asimetriceUndele longitudinale plane

ac) perturbaia unui mediu este produs) de un punct material

aHat ,n stare de ibraie+ ronturile de unde sunt supraee serice a<nd

centrul ,ntr-un punct care coincide cu sursa "i care se propa&) cu aceea"i

ite!) ,n toate direciile d<nd na"tere undelor serice. ac) se consider)

supraeele serice la distane oarte mari ,n raport cu sursa care le-aprodus+ ronturile de und) pot ( asimilate cu unde plane+ perpendiculare

pe direcia de propa&are.

>ndele plane sunt deci cel mai simplu tip de unde+ caracteristica

lor principal) (ind aceea c) presiunile acustice "i deplas)rile particulelor

,ntr-un plan perpendicular pe direcia de propa&are au aceea"i a!) "i

aceea"i amplitudine.

Ecuaia undei elastice

Aenomenul propa&)rii undei acustice printr-un mediu poate (

oarte bine caracteri!at prin ecuaia undei. Pentru deducerea ecuaiei

undei se presupune c) unda acustic) se propa&) ,ntr-un mediu perect

elastic+ omo&en "i i!otrop. @n &eneral+ propa&area undei acustice se ace

dup) o direcie oarecare ,n raport cu un sistem de a=e rectan&ulare.

educerea ecuaiei &enerale a undei se poate ace lu<nd ,n considerarele&ea mi"c)rii+ le&ea continuit)ii "i propriet)ile termodinamice ale

&a!elor.

Perturbaia proocat) de punctul material ,n ibraie se propa&)

,n mediul elastic sub orm) de compresiuni "i rare(eri. eoarece

compresiunea se datore"te unei m)riri a presiunii+ iar rare(erea unei

mic"or)ri a presiunii+ propa&area unei unde acustice ,nseamn) o ariaie a

presiunii ,n timp "i spaiu. Prin urmare+ prin relaia care trebuie stabilit)

este cea dintre presiunea acustic) "i ariaia densit)ii mediului prin care



se propa&) unda. Se presupune c) sc#imb)rile de presiune "i de densitate

sunt at<t de rapide ,nc<t temperatura &a!ului r)m<ne constant) "i deci

este orba de un proces adiabatic.

.const V p k

t =⋅

,n care: pentru este presiunea total) 7 N olumul F cpc cp N c)lduraspeci(c) la presiune constant) c N c)ldura speci(c) la olum constant5.

Prin deriare lo&aritmic) relaia 1.25 deine:

V

dV

dv

dp χ −=

Qin<nd cont c) presiunea total) ,n orice moment este:

p p pt += 0

p N presiunea acustic)+ p N presiunea static)5 "i c) raportul

dintre densitatea la un moment dat "i densitatea iniial) + numit

condensare, este dat de relaia:

0

0

/

ρ

ρ ρ −= s

se &)se"te le&)tura dintre presiunea acustic) "i ariaia densit)iimediului o e=presie de orma:

t

pc

t

p

δ

δ

δ

δ /2=

unde:0

02

ρ χ

pc = este o constant) numit) viteza sunetului sau

ultrasunetului 2 N densitatea re!ultat) ,n urma perturbaiei.

Pentru a determina ecuaia corespun!)toare celei de a doua le&i

a lui /eton trebuie pornit de la orele e=terioare ce acionea!) asupra

elementului de olum (&. 1.5

J

' '

C C

A= A=



A A'

O O B

U

Fig. 1.3 Forţele e4terioare ce acţioneaz" asupra unui element de

volum &n cazul undelor longitudinale plane:

A= N ora care acionea!) pe aa O0'C

F'' x – reacţiunea ce acţionează pe faţa O'A''!'.

ac) perturbarea are loc la direcia a=ei O=+ ora care acionea!)pe aa O0'C este:

dydz p F t x =/

iar pe aa opus) O0'C+ acionea!) reaciunea A=+ de orma:

dydz dx

t

p p F t

t x

+−=′′

δ

δ

"i caut) s) accelere!e elementul de olum ,n sensul po!iti al a=ei O.

/ot<nd cu =+ L+ ! componentele ite!ei olumului elementar se poate

determina acceleraia a=+ cu relaia:

z

vv

y

vv

x

vv

t

v

dt

dx

x

v

t

vv

dx

d a x

z

x

y

x

x

x

yzt

x

xyz

x

x xδ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ +++=+

+

==

eoarece termenii de orma x

vv x

xδ

δ sunt m)rimi de ordinul al

doilea+ pot ( ne&li*ai+ astel c) ora de accelerare diri*at) dup) a=a O=

este:

( ) dxdydz t

v

ma F x

xOxa δ

δ

ρ ′==



0plic<nd le&ea a doua a lui /eton re!ult):

t

v

x

p x

δ

δ ρ

δ

δ ′=− 1 le&ea mi"c)rii

@n ca!ul amplitudinilor mici+ c<nd se poate considera c) 0 ρ ρ =′ + "i

analoa&ele ei pe a=ele O= "i O! dein:

t

v

z

p

t

v

y

p

t

v

x

p z t yt xt

δ

δ ρ

δ

δ

δ

δ ρ

δ

δ

δ

δ ρ

δ

δ 000 ,, =−=−=−

Ecuaiile date mai sus repre!int) le&ea mi"c)rii.

Pentru determinarea ecuaiei undei trebuie inut cont "i de

principiul continuit)ii.

Conorm principiului continuit)ii+ dierena dintre cantitatea de

Huid intrat) ,n elementul de olum "i cantitatea de Huid ce se scur&e din

acest olum printr-o perec#e de ee delimitatoare este e&al) cu aloarea

cre"terii masei Huidului din acest olum. Cantitatea de Huid dVI+ care

p)trunde printr-o a) delimitatoare O0'C5 ,n elementul de olum

considerat+ ,ntr-un interal de timp dt+ este:

( )dydz dt vdQ xi ρ ′=

5relucrarea cu ultrasunete@n ca!ul acestei prelucr)ri+ prelearea materialului se ba!ea!) pe

transmiterea direct) a "ocurilor dinamice produse de scul)+ prinintermediul a&entului ero!i ,n spe) &ranulele abra!ie5 piesei

supraeei de prelucrat5 ca urmare a apariiei unei ore statice. Sub

aciunea acestor "ocuri+ &ranulele abra!ie+ ce au o duritate mai mare

dec<t materialul piesei+ creea!) ,n stratul super(cial al piesei micro(suri

ce aansea!) ,n ad<ncime+ produc<nd desprinderi de microparticule din

materialul de prelucrat. @n timpul prelucr)rii+ lic#idul a&entului ero!i

obi"nuit ap)5 este supus la compresiuni "i ,ntinderi. @n perioada de



,ntindere+ el e=ercit) asupra materialului piesei o solicitare de traciune

care desprinde buc)i din acesta.@n aceast) perioad)+ datorit) &a!elor di!olate ,n ap) "i a &ranulelor

abra!ie+ se ormea!) microbule caitaionale. @n timpul compresiunii+

microbulele sunt comprimate "i se distru& produc<nd "ocuri locale "i

presiuni asupra supraeei+ ce pot a*un&e p<n) la 1 da/cm2. Subaciunea undelor de "oc+ lic#idul p)trunde ,n (suri e=ercit<nd presiuni

asupra metalului "i prooc<nd dislocarea buc)ilor de material. Pentru cre"terea eectelor ultrasonice "i eliminarea produselor

erodate+ a&entul ero!i circul) prin spaiul de lucru. Supraaa prelucrat)

se &enerea!)+ ,n principal+ prin copierea ormei sculei. Printr-o cinematic)

bine aleas)+ se pot &enera "i supraee dierite de orma sculei. 6ranulele

abra!ie utili!ate au dimensiuni cuprinse ,ntre 3W1$5Xm "i sunt dindiamant+ carbur) de bor+ carbur) de siliciu "i carborund. ensitatea lor ,n

lic#id este de 3 W 15buccm3. @n timpul prelucr)rii+ ele ,"i

mic"orea!) dimensiunile "i muc#iile li se rotun*esc+ datorit) solicit)rilor la

care sunt supuse.Ca lic#id se olose"te+ cel mai adesea+ apa+ deoarece are propriet)i

de umectare bune+ densitate conenabil)+ conductibilitate termic)

su(cient)+ este mediu de r)cire bun+ nu este to=ic) "i este ietin).

Concentraia abra!iului ,n ea este de 2$ W 45M. Scula se e=ecut) din

materiale tenace pentru ca u!ura sa ,n timpul prelucr)rii s) (e minim). Ea

ibrea!) ,n perioada de prelucrare cu o recen) de 1% W 3$5FG! cu o

amplitudine de 1 W %45Xm+ ite!a medie de oscilaie+ numit) "i ite!a

principal)+ este de +%4 W 8+45ms. Ea are aceea"i direcie "i acela"i sens

cu procesul ero!i.Productiitatea prelucr)rii+ care este debitul olumic preleat+ este:

Vp7pYS Zmm3

min[unde: p este ite!a principal)+ mmminS N supraaa transersal) a sculei+ mm2

7ite!a principal) sau de prelucrare se calculea!) cu relaia: Z [ min7p#tp

unde: # este ad<ncimea de prelucrat+ mmtp N timpul de prelucrare+ min.7ite!a de prelucrare depinde de amplitudinea ibraiilor "i de

presiunea static).Preci!ia dimensional) a supraeelor prelucrate ultrasonic este de \

+12 mm+ iar ru&o!itatea de +3 W +45Xm.



Prelucrabilitatea ultrasonic) a materialelor se aprecia!) dup)

caracterul ruperilor ra&ile sau plastice5 prin criteriul de ra&ilitate numit "i

coe(cient de prelucrabilitate Dpr + a c)rui aloare se calculea!) cu relaia:D prR Rm

unde: R

este re!istena de rupere la orecare+ da/cm2 Rm N re!istena de rupere la traciune+ da/cm2 9aterialele cu prelucrabilitate bun) Dpr]25 sunt sticla+ cuarul+

ceramica+ &ermaniul+ siliciul+ eritele+ etc.+ deci materiale cu ra&ilitate

mare "i duritate relati) mic).9aterialele cu prelucrabilitate medie Dpr 1 W 255 carburile metalice+

oeluri aliate+ alia*ele de titan.9aterialele &reu prelucrabile ultrasonic sunt materialele tenace precum

oelul moale+ cuprul+ aluminiu+ etc.Prelucrarea ultrasonic) se aplic) pentru:

-obinerea &)urilor str)punse sau ,nundate+ cu a=e drepte sau curbilinii +

pentru &raare+ (lete interioare "i e=terioare+ canale pro(late ,n piese din

sticl) "i mineraloceramice- prelucrarea pieselor simple "i cu con(&uraie comple=) din sticl)+ cuar+

Huorit)+ titanat de bariu+ ,n industria aparatelor optice "i mecanic) (n)+

materiale semiconductoare &ermaniu+ siliciu5 diamant te#nic+ erite "i alte

materiale mineraloceramice din industria electronic)+ electrote#nic) "i

aparatelor de m)sur) "i control ^ (nisarea (lierelor+ poansoanelor "i

matrielor din carburi metalice "i recondiionarea lor dup) u!ur)-prelucrarea pietrelor preioase "i semipreioase ,n industria bi*uteriilor+ a

pietrelor te#nice pentru industria mecanicii (ne "i aparatelor de m)sur).

. Stadiul actual al cercetarilor

Intensi!carea procedeelor de prelucrare prin asc"iere #olosind

energia ultrasonora

$eneralitati



intre metodele ce pot contribui la cresterea e(cientei procedeelor

de prelucrare prin asc#iere+ introducerea in sistemul te#nolo&ic al

ibratiilor ultrasonore+ se remarca in ultima reme ca o solutie adoptata

din ce in ce mai des de dieriti cercetatori ai procesului de asc#iere care

incearca s aimbine procedeele clasice de prelucrare cu ultimele cuceriri alestiintei secolulu i nostru. 0stel a ost cercetata inHuenta ultrasunetelor

asupra unor procedee ca : strun*irea+ re!area+ &aurirea+ lar&irea+ ale!area+

(letarea+ brosarea+ recti(carea+ poli!area+ sleuirea+ #onuirea+ lepuirea+

ascutirea sculelor s.a.Ca principale aanta*e ale suprapunerii oscilatiilor cu recente in

domeniul ultrasonor peste ortele din sistemul clasic de asc#iere pot (

amintite :- permite prelucrarea economica a unor materiale dure si

e=tradure si &reu prelucrabile prin procedeele clasice - mareste considerabil durabilitatea sculelor asc#ietoare

uneori de 41M5- posibilitatea inlaturarii ibratiilor proprii ale sistemului

te#nolo&ic si obtinerea unei calitati oarte bune a

supraetei - reducerea campului termic si a tensiunilor remanente

- posibilitatea cresterii ite!ei de asc#iere si a unorproductiitati mult sporite

- micsorarea simtitoare a ortelor si momentelor de

asc#iere - inlaturarea arsurilor si micro(surilor si operatiile de (nisare - obtinerea unor proprietati unctionale net superioare ale

supraetei prelucrate - cresterea re!istentei la coro!iune a supraetelor prelucrate

Toata operatia constituie posibilitati reale de intensi(care are&imurilor de asc#iere ata de sistemul clasic de lucru aand eecte

economice dintre cele mai spectaculoase.

Clasi!carea sistemelor ultraacustice #olosite la prelucrarea prin

asc"iereSistemele ultraacustice sunt instalaii ,n care se produc "i se

transmit oscilaiile ultrasonore.



Orice sistem ultraacustic+ ,n uncie de scopul propus+ poate lucra ,n

re&im de nere!onan) sau ,n re&im de re!onan) cu unde staionare sau

unde nestaionare. @n ma*oritatea domeniilor de utili!are a ultrasunetelor

se olosesc undele staionare+ care permit s) se obin): condiii optime de

lucru ale sistemului+ cre"terea e(cienei+ posibilitatea concentr)rii ener&ieiultrasonore+ simplitatea constructi)+ i!olarea acustic) bun)+ precum "i o

serie de aanta*e te#nolo&ice.

Ai&. 3.18%. Clasi(carea sistemelor ultraacustice.

Sistemele ultraacustice se calculea!) "i se e=ecut) ,n a"a el ,nc<t ,n

partea terminal) s) se e=cite oscilaii de un sin&ur tip+ deoarece ,n ca!

contrar apar mari di(cult)i ,n crearea re&imului de lucru la re!onan) "i ,n

Sistemeultraacustice

Deschise

Închise

După proprietăţile

acustice

Maximuleforturilor

unitare

Maximulamplitudiniioscilaţiilor

După proprietăţiletehnoloice

După loculde dispunerea focarului

După tipulundelor

!onitudinale

De "nco#oiere

$rans#ersale

De suprafaţă

%adiale

$orsionale

De placă

După tipurile mecanice dedeformaţii re&ultate prin aplicareaeforturilor unitare principale

După modul defixare a

ansam'luluiultraacustic

(om'inat

După modul de introducere aundelor "n focarul de

prelucrare

)rin lichidul

de răcire-unere

)rinsemifa'ricat

)rin sculă

*ixare pe concentrator

*ixare la suprafaţa deseparare a concentratorului +i

transductor

*ixare "ntre pastile



i!olarea acustic) a) de mediu. Pentru aceasta este necesar s) e=iste o

relaie bine de(nit) ,ntre &eometria dieritelor elemente ale sistemului "i

lun&imea de und) a ibraiilor e=citate ,n sistem. O clasi(care a sistemelor

ultraacustice cu lar&) aplicabilitate ,n practic)+ lu<nd ,n considerare

criteriile cele mai repre!entatie este pre!entat) ,n (&ura 3.18%.6ursa de energie. Ca surs) de ener&ie primar) se utili!ea!)

&eneratorul electronic de recen) ,nalt) care transorm) curentul electric

de recen) industrial) ,n curent de ,nalt) recen). Arecena

&eneratorului se stabile"te ,n uncie de destinaia instalaiei ultrasonore.

@n &eneral+ pentru prelucrarea mecanic) a materialelor solide+ cur)irea

pieselor+ sudarea materialelor "i alte aplicaii actie se olosesc

ultrasunetele cu receene de 24 FG!+ pentru deectoscopia

betoanelor 31 FG!+ pentru ormarea emulsiilor 48 FG!+ pentru

deectoscopia metalelor se utili!ea!) recene ,ntre1+$% 9G! etc.

Arecena &eneratorului este acordat) pe recena undamental) sau a

primei armonici a conertorului de ener&ie ultrasonor)+ numit) recen)

de re!onan).6isteme ultraacustic bloc+ ansamblu ultrasonor5 are rolul de a

transorma oscilaiile de recen) ultrasonor) ,n oscilaii mecanice

ampli(cate la o anumit) aloare care se transmit apoi mai departe sculeide prelucrare sau mediului actiat. Sistemul se compune de re&ul) din:

transductor+ concentrator "i scula de prelucrare.7ransductorul este elementul care transorm) cu un randament

impus ener&ia primar) electric)5 ,n ener&ie acustic). up) principiul de

transormare a ener&iei se ,nt<lnesc mai multe tipuri de transductoare+

dintre care cele mai r)sp<ndite sunt cele ma&netostrictie "i

pie!oelectrice.Concentratorul ultrasonor permite ca ener&ia acustic) s) (e

concentrat) ,ntr-un olum mai mic "i s) se obin) unde ultrasonore de

intensit)i ridicate ace le&)tura ,ntre transductor "i obiectul de transer

cu scopul de a m)ri amplitudinea de oscilaie "i de a asi&ura un acord de

impedan) ,ntre transductor "i sarcina din spatiul de lucru. Concentratorul

are orma unei bare cu seciunea transersal) ariabil) iar &eneratoarea

sa poate ( de orm) conic)+ cilindric) ,n trepte sau poate ( descris) de o

uncie matematic) ca: e=ponenial)+ catenoidal)+ cosinus #iperbolic etc.



8lementul 9obiectul de transfer scula a"c#ietoare5 al ener&iei

acustice ormea!) le&)tura ,ntre concentrator "i supraeele de lucru+

constituind de multe ori scula eecti) de lucru+ urni!<nd amplitudinea

util)+ ,n condiiile unor pierderi minime de ener&ie "i a unei re!istene la

u!ur) "i oboseal) c<t mai bune.Pentru a reali!a unitatea "i stabilitatea unui sistem ultraacustic ,n

ederea ,ndeplinirii rolului uncional mai sunt necesare:- elemente de adaptare "i cupla* acustic care reali!ea!) o le&)tur)

e(cient) mecano-acustic) pentru un transer optim de ener&ie ,ntre

elementele instalaiei- sisteme de (=are mecanic) "i acustic) care se reer) la modalit)ile

de (=are a dieritelor elemente ale sistemului ultrasonor "i (=area acestuia

,n structura de re!isten). in considerente ener&etice "i de stabilitatedinamic) montarea lor se ace ,ntr-un nod de oscilaie al elementului de

adaptare acustic).

Sisteme ultraacustice care utili%ea%ă &ibra'ii longitudinale

>na din problemele cele mai importante ale procedeului de

prelucrare prin asc#iere in camp ultrasonor este modalitatea de intoarcere

a oscilatiilor ultrasonore in !ona de asc#iere. 0u ost incercate urmatoarelemodalitati de intoarcere a ener&iei ultrasonore in !ona de asc#iere : prin

scula prin piesa de prelucrat prin ambele. e asemenea au ost olosite

sisteme de prelucrare olosind dierite tipuri de unde ultrasonore (&.

3.188_5. Sistemele ultraacustice cu ibraii lon&itudinale pre!int) aanta*ul

unei construcii simple "i robuste+ lanul ultraacustic (ind ormat din

transductor+ concentrator "i scul) (&. 3.18 "i (&. 3.15. 0lte procedee

care olosesc ibraii lon&itudinale pot (: strun*irea (&. 3.11+ (&. 3.12 "i(&. 3.135+ danturarea (&. 3.15+ prelucrarea prin strun*ire a (letelor (&.

3.185+ &)urirea (&. 3.15+ (&. 3.1$5+ debitarea precum "i la unele

prelucr)ri de super(nisare (&. 3.24 "i (&. 3.2$5. Concentratorul se

proiectea!) in<nd seama de masa cuitului montat pe el conorm cu

metodica de calcul aerenta. @n ma*oritatea ca!urilor (=area cuitului pe

concentrator se reali!ea!) prin asamblarea conic) cu auto,mp)nare care+

conorm literaturii de specialitate+ pe l<n&) uncionarea cu pierderiener&etice minime oer) "i posibilitatea sc#imb)rii rapide "i comode. Pe





(. Importanta si actualitatea problemei cercetate

)portunitatea cercetării prelucrărilor cu a*utorul ultrasunetelor

Industria utili!ea!) un num)r mare de metode "i procedee

neconenionale precumsunt: ero!iunea electric)+ metodele de prelucrare

cu ad)u&are de material+ ".a.+ care potreali!a dierite prelucr)ri ,n

materiale+ indierent de propriet)ile lor (!ico-c#imice "imecanice.Reali!<nd o comparaie ,ntre prelucr)rile clasice "i cele

neconenionale+ din punctulde edere al consumului ener&etic+ acestea

din urm) necesit) o cantitate mai mare de ener&ie pentru o aceea"i

cantitate de material prelucrat)+ iar productiitatea obinut) este mai

mic).Ca aanta*e ce pledea!) ,n aoarea prelucr)rilor neconenionale+

pot ( menionatecalitatea supraeelor prelucrate+ respecti alori mai

bune ,n ceea ce prie"te ru&o!itatea+ad<ncimea stratului super(cial

inHuenat+ microduritatea+ micro(surile+ tensiunile re!iduale+ !ona aectat)

termic etc. atorit) acestui apt+ utili!area prelucr)rilor neconenionale

esteindicat) atunci c<nd aplicarea metodelor clasice este imposibil) sau

neeconomic) . @n ederea rele)rii importanei studierii prelucr)rilor cu a*utorul

ultrasunetelor s-a reali!at o anali!) comparati) a prelucr)rilor

neconenionale. Compararea te#nolo&iilor neconenionale s-a reali!at in<nd cont de

urm)toarele criterii:a5 parametrii (!ici de proces utili!ai b5ormele &eometrice care se pot obine c5 materialele ,n ca!ul c)rora pot ( aplicate d5 eectele asupra pieselor prelucratee5 metodele de abricare

a electro!ilor etc. Te#nolo&iile neconenionale alese ca repre!entatie pentru

comparare sunt: prelucrarea cu ultrasunete >S9 ultrasonic mac#inin&5





e=tinderea utili!)rii prelucr)rii cu a*utorul ultrasunetelor ,n ca!ul unor

noimateriale materiale compo!ite+ sticl)+ ceramic)+ materiale dure nou

ap)rute5 utili!area ,n cadrul model)rilor teoretice "i e=perimentale a unor

metodemoderne de anali!)- interpretare de e=emplu+ metoda elementului (nit+ metoda celor mai

mici p)trate+ metoda reelelor neurale5. @n domeniul prelucr)rilor cu a*utorul ultrasunetelor+ ca de altel "i ,n

alte domenii+ seurm)re"te modi(carea parametrilor te#nolo&ici+ ,n ederea

obinerii unor re!ultate semni(catie+ cu aplicabilitate ,n microte#nolo&ie.Instalaiile ultrasonice construite ,n ultima perioad) au urm)toarele

acilit)i:compensarea automat) a u!urii sculei+ ,n ederea asi&ur)rii preci!iei

impuse "i aunei e(ciene ridicate a prelucr)rii prelucrarea C/C pe mai multe a=econtrolul "i a("area ,n timp real a recenei de lucru+ pentru sesi!area

situaiilor ,n care nu se prelucrea!) ,n re&im de re!onan) ca urmare a

u!urii e=cesie a sculei sausarcinilor mari aplicate pe supraaa sculei5 controlul automat al ,ntre&ului ciclu de lucru al ma"inii. @n corelaie cu perormanele te#no N economice reali!ate pe plan

mondial ,n domeniul prelucr)rii cu ultrasunete+ pe ba!a anc#etelor eectuate de institutele de

specialitate+ se poteidenia urm)toarele conclu!ii cu priire la

perspectiele de e=tindere a acestor te#nolo&ii: 1. atorit) perormanelor te#nice ridicate obinute ,n ca!ul prelucr)rilor

cuultrasunete+ se preede e=tinderea acestui procedeu prin reali!area de noi

tipuri de utila*e+at<t uniersale+ c<t "i speciali!ate 2. Se remarc) o continu) preocupare pentru perecionarea utila*elor de

prelucrare cuultrasunete+ prin reali!area unor instalaii cu un ,nalt &rad de te#nicitate+

inclu!<nd noicuceriri ale te#nicii comanda pro&ram "i comanda adapti)

etc.5 3. Se maniest) preocupare pentru utili!area procedeelor combinate+ (e a

procedeelorneconenionale (e a procedeelor de prelucrare prin a"c#iere cu

ultrasunete

4. 0pare ,n mod pre&nant o preocupare tot mai intens) de perecionare ate#nolo&iilor



de prelucrare cu ultrasunete.@n ceea ce prie"te &)urirea cu a*utorul ultrasunetelor+ se urm)re"te

optimi!area parametrilor de proces "i a ec#ipamentelor ,n ederea

obinerii unor micro&)uri cu o calitatesuperioar) de prelucrare. a ora actual)+ cercet)rile se ,ndreapt) tot mai mult ,n direcia

m)ririi puterii de ie"ire a &eneratorului de recen) ultrasonic) "i cre"terii

randamentului ener&etic al instalaiei +concomitent cu reducerea

&abaritului acestora. Totodat)+ cercet)rile urm)resc utili!area denoi

materiale pentru construcia transductorilor ,n ederea m)ririi duratei lor

de e=ploatare.Abordarea sistemică a procesului de prelucrare cu a*utorul

ultrasunetelor@n ederea optimi!)rii unui sistem+ se impune stabilirea unui model

matematic+ ormatdintr-un anumit num)r de uncii obiecti care de(nesc unciile sistemului

luat ,n considerare din punct de edere matematic "i un sistem de relaii

restrictie+ prin care se limitea!) soluia optim) "i ,n acela"i timp se de(nesc relaii ,ntre

interaciunile dintre mediule=terior "i elementele sistemului. Prin anali!a sistemic) a unui proces de prelucrare se ,nele&e o abordare

de ansamblu a parametrilor speci(ci acel ei prelucr)ri+ at<t a celor dependeni+ c<t "i a

celor independeni.E=ploat<nd o astel de abordare+ se pot identi(ca

raporturi de inHuen) a unor parametri deintrare asupra unor parametri de

ie"ire. 0bordarea sistemic) a procesului de prelucrare cu a*utorul ultrasunetelor+

,ntr-orepre!entare sc#ematic) poate ( obserat) ,n (&ura 1.



Figura 1 ;bordarea sistemic" a procesului de prelucrare cu a<utorulultrasunetelor

0nali!a sistemic) poate ( considerat) ca o nou) metod)+ ce ace

posibil) ,nsumarea "ior&ani!area cuno"tinelor+ ,n ederea sporirii

e(cienei unei aciuni ea permite o mai bun),nele&ere "i o mai bun)

descriere a sistemului comple=+ (ind considerat) ca o metod)

opus)abord)rii analitice. Ea include totalitatea elementelor sistemului+ dar

"i interaciunile "isauinterdependenele acestora. 0bordarea sistemic) acilitea!) optimi!area re!ultatelor unui proces+

dat) (ind tratareaacestuia drept sistem comple= "i nu ra&mentat+ pe

etape sau particulari!at+ doar pentruanumii parametri.



+. Cercetari pri&in utili%area ultrasunetelor laprelucrarea prin a,c"iere

"trun#irea în c$mp ultrasonor

@n unele ca!uri pl)cua a"c#ietoare este bra!at) direct pe

concentrator. 0cestea pot ( utili!ate la strun*irea cilindric) e=terioar) (&.

3.188+ (&. 3.18 "i (&. 3.15.

1 2 -

.

f,a

f,a

1

2

.

/

-

Ai&. 3.18. Sistemultraacustic utili!at laprelucrarea prin strun*ireolosind ibraiilon&itudinale : 1 N piesa deprelucrat 2 N sculaa"c#ietoare3 N transductor pie!oceramic4 N concentrator$ N dia&rama de ariaia a

Ai&. 3.1. Sistemultraacustic utili!at laprelucrarea prin strun*ireolosind ibraiilon&itudinale : 1 N piesa deprelucrat 2 N transductorpie!oceramic3 N scula a"c#ietoare 4 Nconcentrator$ N sistemull de (=are al



amplitudinii. ansamblului ultraacustic.



0i'raţii

Strunire

*re&areDanturare

ăurire

3le&are

4ro+are

*iletare

%a'otare,Morte&are

0i'raţii radiale0i'raţii

StrunireStrunire

*re&are*re&areDanturare

ăurireăurire

3le&are3le&are3le&are

4ro+are4ro+are(oriare

4ro+are

0i'raţii compuse0i'raţii torsionale

StrunireStrunire

*re&are*re&are

ăurireăurire!ărire

3le&areSe#eruire

4ro+are(oriare

0i'raţii axiale

Strunire

*re&are

ăurire

3le&are

4ro+are

5ntroducere a #i'raţiilor ultrasonore "n procesul de prelucrare prin a+chiere folosind



Ai&. 3.188_. Introducerea ibraiilor ultrasonore ,n procesul de prelucrare prin a"c#iere olosind dierite tipuri de unde.

6onuire,!epuire

%ectificare)ilire

*iletare*iletare*iletare*erestruire

*iletare

%a'otare,Morte&are

%a'otare,Morte&are

%a'otare,Morte&are

%a'otare,Morte&are

%ectificare%ectificare%ectificare%ectificare

6onuire,!epuire

6onuire,!epuire

6onuire,!epuire

6onuire,!epuire

*iletare

%a'otare,Morte&are

%ectificare3'ra&are

6onuire,!epuire





.

2

1

-

a

f,a

7s% s

b

Ai&. 3.14. Sc#ema de principiu olosit) la strun*irea

cilindric) e=terioar):

1 N piesa de prelucrat 2 N scula a"c#ietoare 3 Nconcentrator de ener&ie ultrasonora 4 N transductor.inisarea ale%a*elor n câmp ultrasonor

Principalele sisteme olosite la (nisarea ale!a*elor sunt pre!entate ,n

(&ura 3.24 "i (&ura 3.2$.

f,a

1

2

.

apa

-

/

8

2 - .

n

1

Ai&. 3.24. Sc#ema deprincipiu la prelucrarea de(nisare a ale!a*elor olosindibraiile ultrasonore:

1 N scula a"c#ietoare 2 Nconcentrator 3 N carcas)

Ai&. 3.2$. Sistem ultraacustic utili!at la

prelucrarea prin recti(care olosind ibraii

lon&itudinale:





1θ

2

-.

f,a

*9

*

*c

lichid deracire

- 2

:8

n p

1

; <

/ .

Ai&. 3.213. Sc#ema introducerii

ibraiilor ultrasonore ,n piatra de

recti(cat:

1 N pisa 2 N concentrator deener&ie ultrasonor) 3 N Han")nodal) 4 N traductor $ N i!olantacustic % N dia&rama de ariaiea amplitudinii ite!ei particulei N piatr) de recti(cat 8 N butuc N r)"in) epo=idic).

Ai&. 3.212. Sistem ultraacusticutili!at la prelucrarea prinrabotare olosind ibraiitransersale:

1 N piesa de prelucrat 2 N sculaa"c#ietoare 3 N concentrator 4 Ntransductor.

/ecti!carea n câmp ultrasonor #olosind unde trans&ersale

Sc#ema de principiu la recti(care plan) cu introducerea ibraiilor ,n

direcie transersal) se pre!int) ,n (&ura 3.213.

f,a

12 - .

Ai&. 3.214. Sc#ema de principiu larecti(carea plan).:

1 N direcia de oscilare 2 Nscula a"c#ietoare 3 Nconcentrator4 N transductor

a recti(carea cu ibraiiultrasonore+ mi"c)rii de rotaie apietrei i se suprapune mi"careaibratorie a piesei+ astel c) o&ranul) de abra!i descrie o curb)de mi"care cu dierite traiectorii. arecti(carea pe direcia aansului "irecti(carea pe direcia normal)cursa de recti(care este:

Rnav t v L L ⋅== 3.225 ,n care: n este lun&imea de

prelucrat N ite!a de prelucrare tR

N timpul necesar.@n (&ura 3.214 se pre!int)

introducerea ibraiilor transersalela recti(carea plan) a unei piese.



Sisteme ultraacustice care utili%ea%ă &ibra'ii de torsiuneSistemele ultraacustice cu ibraii torsionale pot ( utili!ate la dierite

prelucr)ri ,n ederea orient)rii oscilaiilor dup) direcia orei F c ,n acest ca!

mi"carea <rului cuitului dup) un arc de cerc cu lun&imea de 12µm

este apro=imat) cu o mi"care rectilinie pe direcia orei Ac5. 0cestea pot (

acionate de transductoarele torsionale (&. 3.21% "i (&. 3.215+ de lanuri

acustice lon&itudinale ce acionea!) e=centric ,n punctele entrale ale unui

concentrator torsional sau de lanuri acustice torsionale ce acionea!) ,n

punctele nodale ale unui cuit c)ruia i se imprim) astel ibraii transersale

,n planul BOU. Sistemele ultraacustice torsionale oer) aanta*ul introducerii

ibraiilor ultrasonore dup) direcia orei Ac+ la unele prelucr)ri unde acestea

nu se pot reali!a prin alte construcii: ale!are+ &)urirea materialelor dure(&. 3.2185+ re!are etc.+ precum "i aanta*ul reali!)rii construciei ,n plan

ori!ontal ,n ca!ul strun*irii cilindrice e=terioare. Ca principale de!aanta*e se

poate meniona comple=itatea construciei acestor sisteme "i di(cult)ile

,nt<mpinate la acordarea lor pe recena de re!onan).

ps

2

1

- ns

a '

1 -2

ns

2

c

1

ns

ps

-

β

a

r max

t%

r min

3

Dn1000

af801000

cosβ

π

π

t

t %

# p#s

#r

#

1

' c

a

a

Ai&. 3.21$. Sc#ema introducerii ibraiilor ultrasonore ,n pies):



a N ,n direcia aansului b N ,n direcia tan&enial) c N ,n direcia normal) 1

N piesa de prelucrat 2 N concentrator de ultrasunete 3 N piatr) de recti(cat.

Strun*irea n câmp ultrasonor cu &ibra'ii torsionaleSc#ema de principiu la strun*ire olosind ibraii de torsiune se pre!int)

,n (&urile 3.33 "i 3.34. 0anta*ele acestui mod de introducere a oscilaiilor ,l

pre!int) calitatea supraeei obinute.

1

n

2

-

.

1 2 - -=

.

f,a

n

Ai&. 3.21%. Sistem ultraacustic

utili!at la prelucrarea prin strun*ire

olosind ibraii torsionale:

1 N piesa de prelucrat 2 N sculaa"c#ietoare3 N concentrator 4 N transductor.

Ai&. 3.21. Sistem ultraacustic

utili!at la prelucrarea prin

strun*ire olosind ibraii

torsionale:

1 N piesa de prelucrat 2 N sculaa"c#ietoare 3_ N concentrator 4 Ntransductor.

InHuenaparametrilor mi"c)riioscilatorii este tratat) ,nlucr)rile lui /. Ionescu+ `.Dumabe "i 0. `. 9arFo.

Comparati cu aloareaobinut) la rabotareaconenional) aalumimului Rma= 4+$µm5+ ,n c<mp



ultrasonor ν18+4FG! a 1+2µm c +2mmm+ ap +$mmb 1+$mm cuit ,ncooietor cu γ 22°5

ru&o!itatea a ost maimic) (&.3.2$45.

Cre"terea calit)iisupraeei la cre"tereaamplitudinii ibraiilor aost pus) ,n eiden) demulti cercetatori lastrun*irea alummiului+oelului carbon "i a celuialiat.(&. 3.2$$5

Ai&. 3.2$3. ependena ru&o!it)iisupraeelor prelucrate deamplitudinea oscilaiilor.ap +1mm c 14+4$ mmin +% mmrot F $° r

1+$mm Fr 1$° ν 2 FG!.

Ai&. 3.2$4. ependenaru&o!it)ii+ orei "i abateriide la circularitate uncie deamplitudinea oscilaiilorpentru O 3. +%mmrot c 14+4$mmin F $° F1 1$° ap +1mm r 1+$mm ν 2FG!

Ai&. 3.2$$. ependenaru&o!it)ii+ orei "iabaterii de la circularitate

uncie de amplitudineaoscilaiilor.

0 2 . 8 ; 10

2

.

8

;

3 >µm?

%

>

µ m ?

m a x

Pentru toate cele treimateriale studiate+ ora dea"c#iere scade odat) cucre"terea amplitudiniioscilaiilor. O reducereaccentuat) are loc prinmodi(carea amplitudinii de la la $ µm. @n interalul $1$µm ora de a"c#iere

continu) s) scad) iar laamplitudini de peste 1$ µmreducerea ,n continuare aorei principale de a"c#iereeste nesemni(cati). S-alucrat ,n condiiile: +%mmrot c 14+4$mmin F $° F1 1$° ap +1mm r 1+$mm ν 2FG! (&. 3.2$%5

Ai&. 3.2$%. ependenaru&o!it)ii supraeeiprelucrate de amplitudineaibraiilor+ la rabotarea cuultrasunete a aluminiului.



De!nirea găuririi cu a*utorul ultrasunetelor ,i #enomene

caracteristice acesteia6)urirea cu a*utorul ultrasunetelor este un procedeu care permite obinerea

unor ori(ciicu seciuni transersale dierse+ dar constante+ dup) traiectorii

rectilinii sau curbilinii+,n semiabricate din materiale metalice "i nemetalice.

Caracteri%area te"nologică a găuririi cu a*utorul ultrasunetelor @n urma cercet)rilor+ s-a a*uns la conclu!ia c) e=ist) urm)toarele modalit)i

prin care sereali!ea!) prelearea de material din semiabricat:datorit) antren)rii ,n mi"care ibratorie+ o parte din &ranulele su(cient de

ascuite"i aHate ,n apropierea supraeei semiabricatului or contribui la

,nl)turarea unor microa"c#ii+ reali!<ndu-se astel un proces de

microa"c#iere ap)sarea unor &ranule abra!ie pe supraaa semiabricatului de c)tre

pseudoscul)sau pur "i simplu loirea acestuia de c)tre &ranulele antrenate ,nmi"carea de ibraie se asolda+ mai ,nt<i+ cu enomene de micro(surare "i+

ulterior cu unirea unor astel de micro(suri+ ceea ce a determina

desprinderea unor mici poriuni din materialul semiabricatuluienomenele de caitaie pot determina desprinderea unor micro&ranule din

materialul semiabricatului.Aenomenul de caitaie se concreti!ea!)+ mai





eentuala aciune c#imic) a Huidului olosit. Principalele ariabile care inHuenea!)+ pe de o parte+ productiitatea

prelucr)rii+ iar pede alt) parte ru&o!itatea "i preci!ia supraeei prelucrate+

sunt: amplitudinea oscilaiei sculei ora de impact dimensiunile &ranulelor abra!ie.@n lucrarea >n?uenţa principalilor parametri asupra vitezei de avans

la prelucrarea cuunde ultrasonice folosind rotirea mesei+ pre!entat) de 6abriel 9)laimare o la conerina dela Timi"oara din anul

21+ acesta a aut ,n edere o metoda de anc#etare a unor speciali"tidin

domeniu. @n urma acestei anali!e+ acesta eidenia!) Z12[ urm)toarea

ierar#ie a parametrilor ce e=ercit) asupra procesului te#nolo&ic: Tensiunea de alimentare Turaia de antrenare a mesei Arecena de lucru Presiunea sculei asupra piesei6ranulaia abra!iului olosit uritatea materialului abra!i olosituritatea materialului sculeiAorma &eometric) a sculei.

@n cadrul e=perimentelor de!oltate de autoarea pre!entei lucr)ri ,n le&)tur)

&)urirea cua*utorul ultrasunetelor+ au ost luai ,n consideraie urm)torii

parametri de intrare: putereacaracteristicile semiabricatuluicaracteristicile concentratoruluicaracteristicile &ranulelor abra!iecaracteristicile soluiei abra!ie caracteristicile mi"c)rii relatie scul)- semiabricat

presiunea de contactrecirculaia &ranulelor recena interstiiul de lucru. @n timpul prelucr)rii+ pot ap)rea modi(c)ri ale alorilor amplitudinii+

&ranulaiaabra!iului poate sc)dea dac) recirculaia nu este reali!at)





u!ura &ranulelor abra!iecostul prelucr)rii impuri(carea soluiei abra!ie &rosimea stratului aectat de prelucrare termic+ mecanic5u!ura sculei.

@n (&ura poate ( obserat) o repre!entare &ra(c) ce include actorii speci(ciunei anali!e sistemice a procesului de &)urire cu a*utorul ultrasunetelor.

Sc"eme de prelucrare pentru găurire ultrasonică

Sc#ema de prelucrare din (&ura 2 corespunde reali!)rii unei &)uriri cua*utorulultrasunetelor. Partea de sistem ce asi&ur) reali!area mi"c)rii de lucru dec)tre semiabricat este similar) celei din (&ura 3.

Figura $.@ 6chema de prelucrare &n cazul g"uririi

Pe masa de lucru 13 este amplasat un recipient cu soluia ce conine ,n

suspensie&ranule abra!ie. eoarece se are in edere o micro&)urire+semiabricatul este amplasat peo "aib). in considerente economice+ pentru

(=area semiabricatului se olosesc acelea"i bride "i "uruburi ca "i ,n ca!ul

sc#emei din (&ura 2.. Semiabricatul este prins ,ntrerondeaua 1 "i dou)

piese dreptun&#iulare 18+ care asi&ur) contactul cu cele dou) bride.



Soluia constructi) a ost breetat) iar autoarea pre!entei lucr)ri a

ost ,nscris) ,ncalitate de prim autor al breetului num)rul 122$2+

Aispozitiv pentru orientarea şi '4area semifabricatului la g"urirea cu

a<utorul ultrasunetelor . ispo!itiul a ost utili!at ,n

e=perimentele de &)urire cu a*utorul ultrasunetelor.Sistemul descris anterior poate ( olosit pentru toate microprelucr)rile+

dar "i pentru prelucr)ri ce necesit) ore mai mari dec<t cele speci(ce

microprelucr)rilor. @n cel de aldoilea ca!+ se recomand) ca bridele "i piesele

dreptun&#iulare s) constituie o sin&ur) pies)+ pentru a eita erorile de

prindere "i mai ales cele de (=are a semiabricatului ,n ederea prelucr)rii.

Contribu'ii e0perimentale pri&ind procesul degăurire cu a*utorul ultrasunetelor

Condi'ii de reali%are a e0perimentelor de găurire cu

a*utorulultrasunetelor ,i re%ultate preliminare E=perimentele de &)urire cu a*utorul ultrasunetelor au ost reali!ate ,n

cadrulaboratorului de Te#nolo&ii al Aacult)ii I9ST din >niersitatea

POITEG/IC0 'ucuresti.@n cadrul e=perimentelor preliminare+ s-au olosit dou) tipuri de material

abra!i+carbura de siliciu nea&r)-21C "i carbura de siliciu erde N 22+ la&ranulaii de 1+ 4 "i 8.Se menionea!) aptul c) num)rul ce indic) &ranulaia unui material

abra!icorespunde num)rului de oc#iuri pe un inc# p)trat al sitei cu care s-a

eectuat cernerea &ranulelor abra!ie: cu c<t acest num)r este mai mare+ cu

at<t &ranulele au dimensiuni mai mici. @n acest el+ dintre materialele

abra!ie utili!ate ,n cadrul ,ncerc)rilor e=perimentalecele cu o &ranulaie de

8 au &ranule cu dimensiuni mai mici dec<t cele

corespun!)toare&ranulaiilor de 1 sau 4. Carbura de siliciu neagră - 1Ceste un material abra!i oarte dur+ dar riabil+ cu coninut ridicat de SiC si

muc#ii ascuite. Se recomand) la prelucrarea materialelor metalice"i

nemetalice cu re!isten) la traciune sc)!ut)+ cum ar (: onta+ alama+ cuprul+

aluminiul+ porelanul etc.



Carbura de siliciu &erde - Ceste un material abra!i oarte dur "i casant+ cu muc#iiascuite+ recomandat

,n mod deosebit la prelucrarea carburilor metalice+ a sticlei+ ceramicii "i

ontei. Concentraia soluiei abra!ie utili!ate a ost de 4M+ at<t ,n

cercet)rile e=perimentale preliminare+ c<t "i ,n cele (nale. @ncerc)rile e=perimentale priind &)urirea cu a*utorul ultrasunetelor s-

au eectuat peepruete din sticl) obi"nuit) "i respecti pe epruete din sticl) pLre= ,n

practica industrial)se ,nt<lnesc uneori situaii ,n care este necesar) e=ecutarea unor &)uri ,n

piese din asemeneamateriale "i prelucrarea cu a*utorul ultrasunetelor este

una dintre soluiile te#nolo&ice denatur) s) permit) reali!area prelucr)rii. Sticla obi"nuit) este considerat) a ( un amestec ,n stare amor) de

dio=id de siliciu "isilicai ai unor metale. O compo!iie apro=imati) a unei

asemenea sticle pe ba!) de sodiueste indicat) de ormula c#imic) %SiO 2

CaO/a 2O. Sticla obi"nuit) se caracteri!ea!) printransparen)+ ra&ilitate+

re!isten) mecanic) "i duritate mare+ "i respecti un coe(cient dedilatare

sc)!ut. uritatea sticlei este de circa 2+$2 &mm 3 + iar modulul lui Uoun& are+

,n ca!ul sticlei+ oaloare de 2 6Pa. Capacitatea caloric) a sticlei este de 4 `molF. Sticla

Pire= sau PLre=-ul a ost 81M SiO 2+ 12+$M ' 2 O 3 + 4M /a2O+ 2+2M 0l 2 O 3

++2CaO+ +%M F 2 O5 a ost produs) pentru prima oar) de c)tre Cornians

Incorporated+ ,n11$. @n esen)+ ea este reali!at) dintr - un borosilicat "i se

caracteri!ea!) ,n primul r<nd printr- o re!isten) ridicat) la "ocuri termice.

ensitatea sticlei PLre= este de 2+23$ &cm 3 + (ind deci puin mai mare

dec<t cea a sticlei obi"nuite 9odulul lui Uoun& are o aloare de %$ 6Pa.a

reali!area e=perimentelor preliminare+ s-au olosit scule reali!ate din co!i de

bur&#ie cu diametre de +$+ +%+ ++ 1+3 "i 2 mm. S -a (letat cap)tul

concentratorului pentru a permite (=area bur&#iului cu o buc") elastic) "i o

piuli). Presiunea de lucru adoptat) a autalori cuprinse ,ntre +$ "i 1+$

/mm 2 .>tili!area



co!ilor de bur&#ie ,n calitate de scule pentru prelucrarea &)urilor cilindricecu

a*utorul ultrasunetelor+ a ost determinat) de aptul c)+ acestea sunt

reali!ate din materialecu o duritate ridicat) "i+ totodat)+ datorit) unei bune

preci!ii dimensionale "i de orm) dar "iru&o!it)ii sc)!ute a supraeelor

e=terioare a bur&#ielor obinute prin recti(care.

0si&urarea perpendicularit)ii supraeei rontale a sculei cilindrice pe a=a

acesteia a ost posibil) prinrecti(care rontal) cu un disc diamantat. S- au obinut alori mari ale ad<ncimii &)urilor+ at<t ,n epruetele din

sticl) obi"nuit)c<t "i ,n cele din pLre=+ pentru alori mici ale diametrelor

bur&#ielor+ la alori medii ale presiunii de lucru.@n timpul cercet)rilor

e=perimentale s-au constatat o serie de probleme. 0stel+ la o presiune de

1+$ /mm2 scula cu diametrul de +$ mm s-a rupt dup) 12 s. a aceea"i aloare a presiunii+ s-au sudat o serie de scule cu diametrul

de 1+3 mm de buc"a elastic) "i piuli). 6)urirea cu o scul) a<nd un diametru de 2 mm la

o presiune de 1+$ /mm2 a condus la ruperea concentratorului la limita

superioar) a !onei (letate Ima&ini cu aspectul corespun!)tor !onei

superioare a &)urilor+ prelucrate la re&imuri dierite+ sunt pre!entate ,n (&ura

4.4 aceste ima&ini ele au ost reali!ate cu microscopul IntelPlaL+ la o m)rire

de % de ori. 0stel+ ,n urma eectu)rii e=perimentelor preliminare "i a consult)rii

literaturii de specialitate+ s-a stabilit o aloare a presiunii de contact de

19Pa.S- a decis ca e=perimentele s) se reali!e!e cu scule a<nd diametre de

+%+ 1+3 "i 2 m. S-a utili!at o combinaie ,n procente e&ale a celor 2 materiale

abra!ie+ 21C "i 22C $M 21C $M 22C $C5+ la &ranulaii de 4

respecti 8.



9i"carea de lucru este reali!at) de c)tre pies) cu a*utorul unui arc+ pe o

distan) relatimic). Pentru cunoa"terea orei de ap)sare e=ercitate de c)tre

arcul comprimat+ s-a recurs la ooperaie de etalonare ,nainte de eectuarea e=perimentelor.Ecuaia de re&resie 4.15 eidenia!) relaia de dependen) dintre ora

de lucru "icomprimarea arcului "i ea a ost obinut) prin prelucrarea datelor

din tabelul 4.2 cu a*utorulunui sotare speciali!at.@n ederea meninerii presiunii constante pentru cele trei alori ale

supraeelor de lucrucorespun!)toare celor trei diametre ale sculelor cilindrice s-a calculat ora

de lucru cu relaia

4.2.F Y0 ,n care+0 p este presiunea de lucru Z/mm2[0 ;0 aria supraeei de lucru Zmm2[



Tabelul 4.3 include alorile urm)torilor parametri: 0d N diametrul sculei0 ; N aria supraeei de lucru+ ,n ca!ul celor trei scule cilindrice cu diametre

dierite 0 p N presiunea de contact0 F N ora de lucru 0 Bl

Ncomprimarea arcului deplasarea mesei ,mpreun) cu semiabricatul+pentru aasi&urarea o presiune de aloare preci!at)5. @n urma calculelor eectuate+ s-au reali!at e=perimentele de &)urire

ultrasonic) dup)cum urmea!): pentru un diametru al sculei de +% mm+ s-a reali!at comprimarea arcului

cu 2 mm pentru asi&urarea orei de lucru de +28 / pentru un diametru al sculei de 1+3 mm+ s-a aplicat o ora de lucru de 1+32

/ printr

-ocomprimare a arcului de 1 mm pentru un diametru al sculei de 2mm+ arcul a ost comprimat cu 23 mm+

pentru ade!olta ,n !ona de lucru o ora 3+14 /. 0d<ncimea &)urilor a ost m)surat) cu a*utorul unei ti*e cilindrice a<nd

diametrul de+$ mm ata"ate unui comparator cu cadran.@n esen)+ iniial s-a

adus ti*a cilindric) a comparatorului ,n contact cu supraaasuperioar)

neted) a epruetei "i s-a recurs la re&larea la !ero a comparatorului +

ulterior+ prindeplasarea epruetei+ s-a introdus ti*a cilindric) a comparatorului ,n &aura prelucrat)+citindu-se pe comparator o aloare corespun!)toare

ad<ncimii &)urii prelucrate. Pentru eliminarea ,ntr-o m)sur) c<t mai mare a erorilor ce pot ap)rea at<t ,n

timpul e=perimentelor+ c<t "i ,n procesul de m)surare a ad<ncimi &)urilor s-

au eectuat un num)r detrei e=perimente pentru aceea"i combinaie a



alorilor parametrilor de lucru "i s-au luat ,n calcul la prelucrarea datelor

e=perimentale alorile medii obinute astel. S-au reali!at un num)r total de

2 de &)uri+ ,n epruete din pLre= "i sticl).

Anali%a ,i modelarea matematică cu a*utorul

programuluiDatait a datelor e0perimentale ob'inute prin găurire

ultrasonică a epru&etelor din pre0Condiiile de eectuare a ,ncerc)rilor e=perimentale "i ad<ncimilor &)urilor

obinute ,naceste condiii ,n epruete din pre!entate ,n tabelul

0"a cum se poate obsera+,ncerc)rile e=perimentale s-au eectuat

olosindu-se alori distincte ale ariabilelor independente luate ,n

considerare diametrul d al sculelor cilindrice &ranulaia g a a materialului

abra!i "i t timpul de lucru5.0d<ncimile &)urilor au ost determinate olosindu-se sc#ema de lucru pre!entat) ,n (&ura 4.$.





de eri(care a semni(caiei parametrilor re&resiei. Se obser) c) aloarea calculata pentru F 2+1$%385 este

semni(cati) "i aloarea 5rob9F + corespun!)toare statisticii F este mic) +38 f +$5+ ceea ce

eidenia!) orelaie liniar) semni(cati) ,ntre ariabile.

In2uen'a parametrilor de lucru asupra adâncimii găurilor

prelucrate ultrasonic n epru&etele din pre0Pentru eidenierea inHuenei diametrului sculei asupra ad<ncimii

&)urii obinute + s-au aut ,n edere alori constante ale &ranulaiei "i

timpului de lucru.Conorm inormaiilor din (&ura 4.8+ la o cre"tere a diametrului sculei+

se a ,nre&istrasc)derea ad<ncimii &)urii. Repre!entarea &ra(c) a ostreali!at) pentru a acilita comparaia,ntre inHuena diametrului pentru

dierite alori ale parametrilor timp "i &ranulaie.Era de a"teptat ca la cre"terea diametrului sculei s) se reduc)

productiitatea procesuluide &)urire cu a*utorul ultrasunetelor+ ,n primul r<nd

datorit) unei p)trunderi mai di(cile a&ranulelor ,n !ona de lucru "i al unei

eacu)ri ,n&reunate a materialului metalic deta"at. a reali!area &ra(cului din (&ura 4. s-a aut ,n edere ilustrarea

inHuenei e=ercitatede c)tre &ranulaia materialului abra!i asupraproductiit)ii prelucr)rii+ prin luarea ,nconsiderarea a ad<ncimii &)urii

reali!ate ,ntr-un anumit interal de timp. Se eidenia!) c)ad<ncimi mari ale

&)urilor se ,nre&istrea!) la alori mici ale &ranulaiei N 4 ,n realitate+

ladimensiuni mai mari ale &ranulelor abra!ie5. Aaptul poate ( e=plicat prin

capacitatea mai ridicat) a &ranulelor abra!ie de dimensiuni mari de a

contribui la prelearea de material prin procese de microa"c#iere "i

micro(surare.0d<ncimea &)urii prelucrate cu a*utorul ultrasunetelor ,n epruete din

pLre= creste ,ncondiiile cre"terii timpului de lucru la meninerii constante a

alorilor diametrului "i&ranulaiei a"a cum se poate constata din dia&rama

pre!entat) ,n (&ura 4.1. Este posibil caodat) cu cre"terea ad<ncimii+ ite!a

de p)trundere a sculei ,n materialul semiabricatului s)se reduc)+ dar ,n





Se poate constata c) alorile ad<ncimii &)urii atin& cea mai mic) aloare la

undiametru al sculei de 2 mm "i o aloare mare a &ranulaiei - 8+ ,n

condiiile unei durate a prelucr)rii de 1$ s.

Figura. *.1% >n?uenţa variaţiei diametrului sculei şi a timpului de lucru

asupra adâncimii g"urii la o valoare constant" a granulaţiei, &n cazul epruvetelor din p)re4

Repre!ent)rile &ra(ce ,n trei dimensiuni con(rm) re!ultatele obinute

la studiulinHuenei e=ercitate separat de c)tre (ecare ariabil)

independent). atele e=perimentaleSunt ,n concordan) cu cele din literatura de specialitate+ pentru condiii de

lucru similare. Era normal ca o aloare mare a num)rului corespun!)tor &ranulaiei

s) conduc) la odiminuare a productiit)ii prelucr)rii+ prin reducereaad<ncimii &)urii obinute ,ntr-un anumit interal de timp+ ,n comparaie cu ad<ncimea &)urii care s-a

obinut la olosirea&ranulelor de dimensiuni mai mari+ ,n acela"i interal de

timp.



7alorile ad<ncimii &)urilor obinute ,n urma prelucr)rii cu a*utorul

ultrasunetelor aEpruetel or din pLre= sunt mai mici la olosirea unui material abra!i cu o

&ranulaie de 8"i aptul ar putea ( *usti(cat prin propriet)ile (!ico -

mecanice oarecum dierite ale acestuimaterial ,n raport cu cele speci(ce sticlei obi"nuite.

atele ,nre&istrate la e=perimentele de &)urire cu a*utorul

ultrasunetelor au ost prelucrate cu a*utorul pro&ramului ataAit ,n ederea

anali!)rii inHuenei principalilor parametri de proces asupra productiit)ii "i

calit)ii &)uririi "i stabilirea unor re&imurioptime de prelucrare. 7eridicitatea

corelaiilor a ost eri(cat) cu pro&ramul SPSS prin reali!area anali!ei

actoriale a corespondengelor multiple.@n corelaie cu perormanele te#no N

economice reali!ate pe plan mondial ,n domeniul prelucr)rii cu ultrasunete+pe ba!a anc#etelor eectuate de institutele de specialitate+ se pot enumera

urm)toarele perspectie de e=tindere a cercet)rilor:1. Se preede reali!area de noi soluii constructie pentru ,mbun)t)irea

dispo!itielor "i ec#ipamentelor din cadrul aboratorului de

Te#nolo&ii /econenionale 2. Se maniest) preocupare pentru utili!area procedeelor combinate+ (e a

procedeelorneconenionale electroc#imice N ultrasunete+ electroero!iune

N ultrasunete+ laser Nultrasunete etc.5 (e a procedeelor de prelucrare clasice cu ultrasunete3. Se are ,n edere e=tinderea cercet)rilor e=perimentale de &)urire cu

a*utorul ultrasunetelor pe alte cate&orii de materiale

1. ACTI3A/EA CU U4T/ASUNETE A UN)/ 5/)CEDEE DE

5/E4UC/A/E 5/IN A6C7IE/E

a utili!area procedeelor te#nolo&ice de prelucrare mecanic) interin orede recare de alori mari care au+ ,n &eneral+ eecte ne&atie asupra preci!iei

de prelucrare+ u!urii sculelor+ consumului ener&etic+ costului prelucr)rii+ etc.

Reducerea acestor ore se reali!ea!) ,n condiii conenionale de lucru prin:

&eometria sculei+ mediul de lucru+ re&imul de prelucrare+ etc.



>n procedeu neconenional de reducere a orelor de recare este acela de

actiare cu ultrasunete a cel puin uneia din componentele actie ale

sistemului te#nolo&ic. Strun*irea+ dar mai ales bur&#ierea "i (letarea cu

tarodul (liera sunt procedee de prelucrare mecanic) la care reducerea

momentului de a"c#iere este un de!iderat de oarte mare importan)+ ceea

ce a condus la canali!area cercet)rilor "i ,n direcia stabilirii eectelor

produse de actiarea ultrasonic) a sculei+ respecti semiabricatului ,n ca!ul

acestor procedee de prelucrare.

1.1. Cercet"ri privind activarea ultrasonic" a proceselor de 'letare

1.1.1. Concep'ia standului e0perimental pentru studiul acti&ării

ultrasonice n ca%ul !letării

@n (&ura 2.1 se pre!int)+ printr-o sc#em) principial)+ concepia standului

e=perimental destinat studiului proceselor de (letare cu tarodul(liera.

ispo!itiul de adaptare $ montat ,n e=tremitatea concentratorului ultrasonic

% permite urm)toarele:

• 9ontarea unui tarod+ ,n ca!ul (let)rii interioare

• 9ontarea unui semiabricat ,n ca!ul (let)rii e=terioare.



igura .1.

Semiabricatul 2+ ,n ca!ul tarod)rii+ sau scula ,n ca!ul (let)rii cu (liera+ semontea!) cu a*utorul "urubului 1 ,n partea interioar) a tamburului pe care

este ,n)"urat cablul 8 prin intermediul c)ruia se ace antrenarea tamburului

,n mi"care de rotaie. Pentru a produce un moment de torsine elimin<nd

totodat) orele datorate tensiunii din cablu+ ora care acionea!)



dispo!itiul se aplic) ambelor capete ale cablului. @n acest scop unul din

capete este trecut peste rola 11 care are rolul de a sc#imba sensul tensiunii

pe una din ramurile cablului 8+ ceea ce a elimina solicitarea tamburului pe

direcia de aplicare a orei de acionare A. 9omentul de torsiune este

determinat de diametrul tamburului "i de ora de acionare A aplicat)

cablului cu a*utorul barei 1 "i m)surat) de dinamometrul .

Sistemul e=perimental mai cuprinde un &enerator de ultrasunete+ respecti

blocul ultrasonic ormat din transductor cu erit)+ concentrator ultrasonic "i

sonotrod adaptat mont)rii sculei+ respecti piesei5 olosit pentru actiarea

ultrasonic) a piesei "isau sculei. Sistemul permite actiarea ultrasonic) laurm)torii parametri:

• Puterea ma=im) a &eneratorului ultrasonic: 1 h

• Curentul de actiare ultrasonic): ... 2+$ 0

• Arecena re&labil) continuu ,ntre 18 ... 22 FG!.

1.1.2. Cercet"ri e4perimentale privind 'letarea cu tarodul &n condiţiile

activ"rii ultrasonice

6istemul e4perimental permite realizarea unui amplu program e4perimental

privind in?uenţa diferiţilor factori asupra procesului de 'letare

activat" ultrasonic". n cazul 'let"rii cu tarodul, principalii factori

luaţi &n considerare au fost:

- diametrul iniial al &)urii (letate+ in

- &rosimea semiabricatului+ &

- num)rul de spire (letate+ n

- materialul semiabricatului

- mediul de lucru

- puterea de actiare ultrasonic).



etermin)rile e=perimentale au i!at inHuena acestor actori asupra

momentului de torsiune necesar (let)rii+ 9.

@n (&ura 2.2 este pre!entat) ariaia momentului de torsiune 9 ,n uncie de

num)rul de spire (letate+ n. Se obser) e=istena unui ma=im 9ma=+ care

este speci(c pentru semiabricate de o anumit) &rosime &+ lucru eideniat

de (&ura 2.3. Condiiile de a"c#iere au ost: semiabricat din oel O3+ tarod

94 nr.1+ diametrul iniial al &)urii in3.2$ mm+ un&ere cu ulei mineral.

@n acelea"i condiii+ momentul de torsiune - "i ,n special cel ma=im - este

aectat semni(cati ,n ca!ul acti)rii ultrasonice a tarodului (&ura 2.45.

Condiiile de a"c#iere sunt cele menionate anterior+ cu meniunea c)

actiarea ultrasonic) s-a )cut cu o putere de 1$ h. 9omentul ma=im de

torsiune scade pe m)sur) ce puterea de actiare ultrasonic) cre"te (&ura

2.$5.

1 2 3 4 5 6 71

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

Ai&ura 2.2.



4 4.5 5 5.5 62

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

Ai&ura 2.3.

1 2 3 4 5 6 70.5

1

1.5

2

2.5

3

igure .+. 8omentul de torsiune pentru9

: a,c"iere con&en'ionalăo a,c"iere acti&ată ultrasonic





o Cu=n(>: Al?? )4(@ Cu??.;

Cercet)ri similare s-au ,ntreprins "i pentru semiabricate din alte materiale:

aluminiu+ cupru "i alam). @n (&ura 2.% sunt pre!entate ariaiile momentului

de torsiune ,n uncie de diametrul iniial al &)urii de (letat la (letarea cu

tarodul 9$+ pentru dierite materiale prelucrate+ iar ,n (&ura 2. este

repre!entat) sintetic dependena &lobal) a momentului de torsiune pentru

dierite materiale prelucrate prin (letare cu tarodul 94+ utili!<nd dierse

medii de lucru. Se constat) aptul c) (letarea aluminiului "i a alamei se

reali!ea!) ,n condiii aorabile at<t cu ulei mineral+ c<t "i cu emulsie+ pe

c<nd (letarea cuprului utili!<nd un&erea cu ulei mineral necesit) momente

de torsiune mult mai ,nsemnate.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Al99 Cu99.5 CuZn30

Momentul de torsiune, M [Nm]

Emulsie Ulei mineral

igura .@.

Cercet)rile priind (letarea cu tarodul ,n condiiile acti)rii ultrasonice au

releat urm)toarele:

• 9omentul de torsiune este ariabil cu num)rul de spire "i pre!int) un

ma=im





pre!entate ariaiile momentului de torsiune cu diametrul iniial al ti*ei de

(letat ,n ca!ul oelului O3 "i alamei.

igura .?.

Ai&ura 2.1.

Ai&urile 2.1 "i 2.11 pre!int) sintetic inHuena acti)rii ultrasonice la (letarea

cu (liera a pieselor din oel O3 "i alam)+ ,n toate ca!urile eideniindu-se

eectul po!iti al acti)rii ultrasonice a piesei.



Ai&ura 2.12 arat) modul ,n care momentul de torsiune necesar (let)rii scade

pe m)sur) ce se utili!ea!) cureni de actiare ultrasonic) tot mai mari+ iar

(&ura 2.13 pre!int) sintetic inHuena diametrului iniial al probei asupra

momentului de torsiune+ ,n condiiile utili!)rii a dierite medii de lucru.

Probele au ost conecionate din O3+ iar (liera a ost 94.

Ai&ura 2.11.

igure .1.



igure .1(.

e asemenea+ actiarea ultrasonic) determin) "i o mic"orare a diametrului

e=terior al (letului comparati cu (letarea conenional) (&ura 2.145+ lucru

e=plicabil prin reducerea coe(cientului de recare.

Ai&ure 2.14.

Cercet)rile priind (letarea cu (liera ,n condiiile acti)rii ultrasonice au

releat urm)toarele:

• 0ctiarea ultrasonic) a piesei conduce la reducerea semni(cati) a

momentului de torsiune



• iametrul iniial al ti*ei de (letat inHuenea!) semni(cati momentul

de torsiune

• 9aterialul semiabricatului "i mediul de lucru inHuenea!) semni(cati

momentul de torsiune.

e asemenea+ cercet)rile ,ntreprinse au releat aptul c) sistemul

e=perimental a r)spuns a"tept)rilor ,n ceea ce prie"te m)surarea

momentului de torsiune la (letarea cu (liera "isau tarodul ,n dierite condiii

de lucru. 0stel+ pentru (ecare situaie se pot reali!a cu un eort minim

e=perimente ,n scopul optimi!)rii procesului de (letare "i cre"terii si&uranei

,n e=ploatare+ mai ales ,n ca!ul (let)rii cu tarodul.

@n ceea ce prie"te momentul de torsiune necesar (let)rii+ principalele

conclu!ii sunt urm)toarele:

Standul e=perimental permite m)surarea precis) a momentului de

torsiune

7aloarea momentului de torsiune depinde de toi actorii de inHuen)

anali!ai: diametrul nominal al (letului+ materialul semiabricatului+

mediul de lucru+ diametrul iniial al probelor+ nielul acti)rii

ultrasonice

0ctiarea ultrasonic) produce mic"orarea momentului de torsiune

necesar (let)rii

a (letarea cu tarodul+ cre"terea e=cesi) a puterii de actiare

ultrasonic) poate conduce la ruperea tarodului

a (letarea cu (liera actiarea ultrasonic) determin) o mic"orare a

diametrului e=terior al (letului comparati cu (letarea conenional).

1.2. Cercetări pri&ind acti&area cu ultrasunete a cu'itului la opera'ia

de strun*ire e0terioară



1.2.1. Concepţia standului e4perimental pentru studiul activ"rii cu

ultrasunete a cuţitului la operaţia de strun<ire e4terioar"

In ca!ul operatiilor de asc#iere interin ore de recare de alorisemni(catie care au+ ,n &eneral+ eecte ne&atie asupra preci!iei de

prelucrare+ u!urii sculelor+ consumului ener&etic+ costului prelucr)rii+ etc.

Reducerea orelor de recare se reali!ea!) ,n condiii conenionale de lucru

prin: &eometria sculei+ mediul de lucru+ re&imul de prelucrare+ etc.

>n procedeu neconenional de reducere a orelor de recare la asc#iere

este acela de actiare cu ultrasunete a cel puin uneia din componenteleactie ale sistemului te#nolo&ic semiabricatul sau scula5. In ca!ul strun*irii

actiarea ultrasonica este e!abila prin ibrarea cutitului. Pre!enta cercetare

s-a a=at pe studiul inHuentei re&imului de actiare ultrasonica la operatiile de

strun*ire e=terioara a supraetelor cilindrice. 0ctiarea ultrasonica a operatiei

de strun*ire este insa posibila si la operatiile de strun*ire interioara+ respecti

a supraetelor rontale sau pro(lare.



ig. .1;.

@n (&ura 2.1$ se pre!int) standul e=perimental reali!at in ederea studiului

actiarii ultrasonice a procesului de strun*ire e=terioara. ispo!itiul de

adaptare montat ,n e=tremitatea concentratorului ultrasonic permite:

• 9ontarea unui cutit care sa e=ecute oscilatii ultrasonice in plan

ori!ontal N asa-numita actiare radiala N ca! in care blocul ultrasonic

este montat in po!itie ori!ontala+ perpendicular pe planul de lucru

• 9ontarea unui cutit care sa e=ecute oscilatii ultrasonice in plan ertical

N asa-numita actiare tan&entiala N ca! in care blocul ultrasonic este

montat in po!itie irticala+ parale cu planul de lucru.

Strun&ul utili!at este destinat prelucrarilor pieselor de dimensiuni mici.

Re&larea turatiei se ace continuu+ iar aansul este re&lat in trepte. Pentru

actiarea ultrasonica a sculei s-a utili!at un bloc ultrasonic cu transductor tip

erita+ alimentat de la un &enerator cu puterea ma=ima 1 h+ cu recenta

re&labila continuu intre 18...22 FG!.

1.2.2. Cercetari e4perimentale privind in?uenta puterii de activare asupra

puterii de aschiere si a rugozitatii suprafetei prelucrate

6istemul e4perimental permite realizarea unui amplu program e4perimental

privind in?uenţa diferiţilor factori asupra puterii si implicit a

fortelor de aschiere la strun<irea activat" ultrasonic. ; fost

evidentiata, utilizind un pro'lometru electronic, si in?uenta

activarii ultrasonice asupra rugozitatii suprafetei prelucrate.



5rincipalii factori luaţi &n considerare au fost:

• Re&imul de asc#iere:

o 0dincimea de asc#iere

o 0ansul lon&itudinal

o 7ite!a de asc#iere

• Re&imul de actiare ultrasonica:

o Putere de actiare

o 0*ustare recenta

S-a constatat ca cea mai pre&nanta inHuenta se obtine la actiarea

tan&entiala a cutitului. Cutitul de strun& utili!at a ost din otel rapid Rp$+

aind urmatoarele un&#iuri constructie:

• >n&#iul de atac principal: 4$j

• >n&#iul de atac secundar: _4$j

• >n&#iul de ase!are: k8j

• >n&#iul de de&a*are: j

In (&ura 2.1% este pre!entat) ariaia ortei de asc#iere cu puterea de

actiare ultrasonica la prelucrarea unor semiabricate din 0l+$ si

CuJn3Pb2+ cu urmatorul re&imul de asc#iere:

• 0dincimea de asc#iere: t +4 mm

• 0ansul lon&itudinal: s +1 mmrot

• 7ite!a de asc#iere: 3 mmin





In (&ura 2.1 este pre!entata inHuenta puterii de actiare asupra ru&o!itatii

supraetei prelucrate+ masurata cu un ru&o!imetru Dr üel E <aer /1G$, in

aceleasi conditii de lucru.

Cercet)rile priind inHuena dieriilor actori asupra ortelor de asc#iere si

ru&o!itatii supraetei prelucrate la strun*irea actiat) ultrasonic au releat

urm)toarele:

• Aortele de asc#iere scad cu cca. $M la puteri de actiare de peste 2$-

3 h+ obserindu-se totodata o tendinta de aplati!are pentru puteri de

actiare de peste 4 h

• Ru&o!itatea supraetei prelucrate este ariabila mult cu puterea de

actiare "i pre!int) un ma=im pentru puteri de actiare de cca. 1 h in

ca!ul strun*irii semiabricatelor din aluminiu+ respecti 2$ h in ca!ul

strun*irii semiabricatelor din alama.

1.3. Cercetări pri&ind acti&area cu ultrasunete a procesului deburg"iere

1.%.1. Concepţia standului e4perimental pentru studiul activ"rii cu

ultrasunete a burghiului elicoidal

@n (&ura 2.18 se pre!int)+ printr-o sc#em) principial)+ concepia standului

e=perimental destinat studiului actiarii ultrasonice a procesului de bur&#iere

actiata ultrasonica. Semni(caţia notaţiilor olosite "n (&ură este următoarea:

1. &enerator de ultrasunete 6>S 15

2. strun& pentru mecanică (nă

3. manetă pentru cuplarea motorului electric



4. comutator pentru sc#imbarea sensului rotaţiei arborelui principal

$. p@r&#ie pentru cuplarea mi+cării de aans

%. uniersal

. obiectul prelucrării

8. bur&#iu elicoidal

. păpu+ă mobilă

1. concentrator ultrasonic

11. suport de adaptare pe strun& a blocului ultrasonic

12. transductor tip erită

13. ariator electronic pentru re&larea tensiunii de alimentare

14. comutator &eneral

1$. comutator pentru treapta tensiunii de alimentare.

igura .1B

'ur&#iul olosit este de tip elicoidal +i este (=at "n concentrator prin lipire "ntr-o

portsculă de construcţie adecată. 6eneratorul de ultrasunete 6>S 1permite re&larea continuă a curentului de actiare "n domeniul ...20. e

asemenea+ &eneratorul permite +i re&larea continuă a recenţei tensiunii

debitate pe "n ă+urarea transductorului "n domeniul 18...22 FG!. Sistemul

pre!entat permite determinarea puterii consumate de către motorul acţionării

principale "n ederea estimării puterii de a+c#iere la bur&#ierea actiată





• proba 2 a ost prelucrată ără actiare pe ad@ncimea de + mm se

măsoară curentul consumat "n sarcină de motor pe (ecare porţiune de

1mm

• proba 3 a ost prelucrată cu actiare la I AU! = 2 pe o ad@ncime de +

mm

• se calculea!ă puterile de a+c#iere corespun!ătoare probelor 1 +i 2

• se măsoară ru&o!ităţile obţinute la prelucrarea probelor 2 +i 3.

0ceste date sunt pre!entate sintetic "n tabelul 1.

Tabelul .1. Acti&area US la burg"ierea semi#abricatelor din otel

)4(@.

9aterial probă: O3 >2+$7 I61+40Proba #Zmm[ I>SZ0[ ISZ0[ P0Zh[ RaZµm[1 1 2+ 2+3 +38

2 1+$ 2+4 8+43 1+ 2+%1 11+%84 +$ 2+ 12+$$ 2+$ 13+12

2 1 2+$$ 2+$2 2+%3 2+%$4 2+$ 2+2

3 $ 2+ 1+2$

În (&ura 2.1 este pre!entată curba de ariaţie a puterii de a+c#iere la

&ăurirea oţelului "n uncţie de intensitatea curentului de actiare ultrasonică.

Re&imul de a+c#iere olosit pentru toate prelucrările eectuate a ost

următorul: t L 1,3+ mm s L G,GG+ mmIrot n L 1G%G rotImin.

Celelalte seturi de determinări e=perimentale au i!at stabilirea inHuenţei

actiării ultrasonice asupra puterii de a+c#iere +i ru&o!ităţii supraeţei

prelucrate "n ca!ul &ăuririi unor probe din ;l@@,+, CuKn%G +i Cu@@,+.



ig. .1?

Cercetările eectuate priind actiarea ultrasonica a procesului de bur&#iere

au permis ormularea următoarelor conclu!ii:

• "n ca!ul bur&#ierii materialelor J%3+ ;@@,+ +i CuKn%G s-a constatat o

scădere semni(catiă a puterii de a+c#iere

• pentru toate cele patru materiale prelucrate s-a constatat "mbunătăţirea

ru&o!ităţii "n ca!ul prelucrărilor cu actiare ultrasonică.



C)NC4U=II $ENE/A4E

Cercet)rile priind 'letarea cu tarodul ,n condiiile acti)rii ultrasonice au

releat aptul c) actiarea ultrasonic) a tarodului conduce la reducerea

semni(cati) a momentului de torsiune+ dar puterea de actiare trebuiecorelat) cu dimensiunile tarodului ,n scopul eit)rii ruperii acestuia.

Cercet)rile priind (letarea cu (liera ,n condiiile acti)rii ultrasonice au

releat aptul c) actiarea ultrasonic) a piesei conduce la reducerea

semni(cati) a momentului de torsiune. @n ca!ul (let)rii+ ,n &eneral+ s-a

remarcat "i aptul c) materialul semiabricatului "i mediul de lucru

inHuenea!) semni(cati momentul de torsiune. eci+ se recomand)

actiarea ultrasonic) a operaiilor de (letare cu tarodul sau (liera ,n ca!ul

(let)rii unor piese din materiale care produc ore de a"c#iere mari.

Cercet)rile priind inHuena acti)rii ultrasonice la strun<ire au releat

reducerea cu cca. $M a orelor de a"c#iere la puteri de actiare ultrasonic)

de peste 2$-3 h+ c<t "i aptul c) ru&o!itatea supraetei prelucrate este

ariabil) mult cu puterea de actiare ultrasonic) "i pre!int) un ma=im pentru

puteri de actiare de cca. 1 h in ca!ul strun*irii semiabricatelor din

aluminiu+ respecti 2$ h in ca!ul strun*irii semiabricatelor din alam).

Cercetările priind actiarea ultrasonic) a procesului de burghiere aueideniat o scădere semni(catiă a puterii de a+c#iere+ respecti o

"mbunătăţire a ru&o!ităţii "n ca!ul prelucrărilor cu actiare ultrasonică.

Re!ultatele cercet)rilor e=perimentale or permite perecionarea

procedeelor te#nolo&ice de (letare+ bur&#iere+ strun*ire ,n scopul

imbun)t)irii calit)ii supraeelor prelucrate+ al reducerii consumului

ener&etic "i al u!urii sculelor+respecti al cre"terii productiit)ii ca urmare a reducerii orelor din

procesele te#nolo&ice studiate.



D>D>JM(;F>81.Creu+ 6#.+ Dazel e cercet"rii e4perimentale . Curs. Editura >niersit)ii Te#nice

6#. 2.0sac#i+Aacultatea de Construcii de ma"ini+ Catedra de Te#nolo&ia Construciilor

de 9a"ini+ 18

3.7isan S+ 6#ica C+ Panduru 7 Te#nolo&ii industriale + Editura 0SE+'ucuresti 24.Co#al+ 7.+ 8chipamente electrice pentru sisteme tehnologice

neconvenţionale + Editura Te#nica-Ino+ 21

$.Ultrasonic Arilling Nomepage + disponibil la adresa: .ndeaa.*pl.nasa.&onasa-

ndeusdcusdc+accesat ,n iunie 28

%. YYY 0sociaia Rom<n) pentru Te#nolo&ii /econenionale+ 7ratat de 7ehnologii

Oeconvenţionale

.7ol. 7III. Prelucrarea prin ero!iune cu unde ultrasonice+ coordonator /iculae Ion

9arinescu+ 'ucure"ti:

Editura 'ren+ 24

. YYY Ultrasonic =etal Pelding .5rinciples and applications of high0grade bonding

technolog) + +disponibil la adresa: .ultrasonicmac#inin&.com+8. YYY >nstitutul Oational de Cercetare 0 Aezvoltare &n 6udur" şi ncerc"ri de =ateriale,isponibil laadresa: #ttp:.isim.roisimro.#tm1

. YYY 6566 1% Users Muide + disponibil la .spss.com+ accesat ,n mai 21

http://www.isim.ro/isim_ro.htm;1

http://www.isim.ro/isim_ro.htm;1

Date post:	05-Jul-2018
Category:	Documents
Upload:	vasilica
View:	223 times
Download:	0 times

Utilizarea ultrasunetelor la prelucrarea prin aschiere.doc

Documents