מבוא לעיבוד שבבי אולטרסאונד

עקרון עבודה של עיבוד קולי

האיור מראה את פעולת העיבוד באולטרסאונד. המתנד והמגבר האלקטרוניים, הידועים גם בשם הגנרטור, ממירים את האנרגיה החשמלית הזמינה בתדר נמוך לעוצמה בתדר גבוה בסדר גודל של 20 קילוהרץ המסופקת למתמר.

המתמר פועל על ידי כיווץ מגנטרון. אספקת החשמל בתדירות גבוהה מפעילה את ערימת החומר המגנטוסטריטיבי המייצר תנועת רטט אורכית של הכלי. המשרעת של רטט זה אינה מספקת למטרות חיתוך. זה מועבר, אם כן, לכלי החודר דרך מכשיר מיקוד מכני המספק רטט עז של המשרעת הרצויה בקצה הכלי.

מכשיר המיקוד המכני נקרא לפעמים שנאי מהירות. זהו שוק מחודד או נקרא 'קרן'. הקצה העליון שלו מהודק או נלחם על החלק התחתון של החומר המגנטי. בקצה התחתון שלו אמצעים לאבטחת הכלי.

כל החלקים הללו, כולל הכלי העשוי מפלדת פחמן נמוכה או אל חלד לצורת החלל הרצוי, פועלים כשגוף אלסטי אחד מעביר את התנודות לקצה הכלי.

השוחקים הנפוצים הם

תחמוצת אלומיניום (אלומינה), בורבון קרביד, סיליקון קרביד ואבק יהלום. בורון הוא החומר השוחק היקר ביותר ומתאים ביותר לחיתוך של טונגסטן קרביד, פלדת כלים ואבני חן. הסיליקון מוצא את היישומים הרבים ביותר. עבור חיתוך זכוכית וקרמיקה, אלומינה היא הטובה ביותר.

השחיקה השוחקת מתפשטת לממשק כלי העבודה על ידי שאיבה. מערכת קירור בקירור משמשת לקירור השחיקה השוחקת לטמפרטורה של 5 עד 6 מעלות צלזיוס. שיטה טובה היא לשמור את ההטבלה באמבטיה באזור החיתוך.

גודל השוחק נע בין 200 חצץ ל -2000 חצץ. ציונים גסים טובים לחיסול, ואילו ציונים עדינים יותר, למשל 1000 חצץ, משמשים לגימור. חומרי שוחקים טריים נחתכים טוב יותר, ולכן ההחלפה מוחלפת מעת לעת

דיוק

מהירות החדירה המרבית בחומרים רכים ושבירים כמו קרמיקה רכה הם בסדר גודל של 20 מ"מ דקה, אך עבור חומרים קשים וקשים קצב החדירה נמוך יותר. דיוק ממדי עד t0.005 מ"מ אפשרי וניתן להשיג גימורי שטח עד לערך Ra של 0.1-0.125 מיקרון.

רדיוס פינתי מינימלי של 0.10 מ"מ אפשרי לסיום העיבוד. טווח הגדלים של מכונות USM משתנה בין סוג נייד קל בעל כניסה של כ -20 וואט למכונות כבדות שלוקחות כניסה של עד 2 קילוואט.

מגבלות התהליך

המגבלה העיקרית של התהליך היא שיעורי חיתוך המתכת הנמוכים יחסית שלו. קצב הסרת המתכות המרבי הוא 3 מ"מ לשנייה וצריכת החשמל גבוהה. עומק החורים הגליליים מוגבל כיום לפי 2.5 מקוטר הכלי.

שחיקת הכלי מגדילה את זווית החור, בעוד פינות חדות מעוגלות. זה מרמז על כך שהחלפת כלים חיונית בייצור חורים עיוורים מדויקים. כמו כן, התהליך מוגבל, בצורתו הנוכחית למכונה על משטחים בגודל קטן יחסית.

התפתחות אחרונה

לאחרונה התרחש התפתחות חדשה בעיבוד קולי בו משתמשים בכלי המושרה באבק יהלום ולא משתמשים בשום slurry. הכלי התנודד בתדרים קולי וגם הסתובב. אם לא ניתן לסובב את הכלי, ניתן לסובב את חומר העבודה.

חידוש זה הסיר חלק מהחסרונות בתהליך המקובל בקידוח חורים עמוקים. לדוגמה, ניתן לשמור על מידות החור בטווח של ~ 0.125 מ"מ. נקדחו חורים בעומק של 75 מ"מ בקרמיקה ללא נפילה בקצב העיבוד כפי שחווה בתהליך המקובל.

יישום של עיבוד שבבי קולי

פשטות התהליך הופכת אותו לכלכלי למגוון רחב של יישומים כגון:

· הכנסת חורים עגולים וחורים בכל צורה שניתן לייצר עבורם כלי. ניתן להגדיל את טווח הצורות שניתן להשיג על ידי הזזת החומר בזמן החיתוך.

· בפעולות עיבוד כמו קידוח, טחינה, פרופיל וטחינה בכל החומרים המוליכים וגם לא מוליכים.

· עיבוד שבבי זכוכית, קרמיקה, טונגסטן וקרביד קשה אחר, אבני חן כגון אודם סינטטי.

· בחיתוך חוטים ברכיבים העשויים ממתכות קשות וסגסוגות על ידי סיבוב ותרגום של כלי העבודה או הכלי.

· בייצור טונגסטן קרביד וציור חוט יהלום מת ומת עבור תהליכי פרזול ושחול.

· מאפשר לרופא שיניים לקדוח חור בכל צורה שהיא על השיניים מבלי ליצור כאב כלשהו.

היתרונות של עיבוד שבבי אולטרסאונד

· ניתן לעבד בקלות חומרים קשים ושבירים במיוחד.

· ניתן להשיג בקלות פרופילים מדויקים מאוד וגימור משטח טוב.

· היצירה העשויה במכונה נקייה ממתחים.

· קצב הסרת המתכות נמוך.

· בגלל כמעט שום ייצור חום בתהליך, התכונות הפיזיקליות של חומר העבודה נותרות ללא שינוי.

· הפעולה חסרת רעש.

· הפעלת הציוד בטוחה למדי.