PROIECT Contribuţii privind utilizarea ultrasunetelor la prelucrarea prin aşchiere

Cuprins:

1. Introducere - necesitatea si oportunitatea problemei2. Stadiul actual al cercetarilor3. Importanta si actualitatea problemei cercetate4. Cercetari privin utilizarea ultrasunetelor la prelucrarea prin aşchiere5. Posibilitati de utilizare6.Concluzii generale

Bibliografie

1. Introducere - necesitatea si oportunitatea problemei

Cercetări cu rezultate semnificative privind prelucrarea materialelor cu

ajutorul ultrasunetelor, la noi în ţară, în cadrul unor teze de doctorat, au fost realizate de

către NicolaeAtanasiu, Ovidiu Drăgan (1975), Tudor Inclănzan, (1976), Gh. Amza, Ioan Vancu

(1978), Dumitru Damian (1982), Valeriu Botezatu (1983), Gh. Paulescu (1987), Maria Neagu,

(1987), Viorel Mihai Nani (1996), Elena Lăcătuş, Ion Popescu (1997), Mihăiţă Peptănaru

(1999) etc. Şerban Nanu a realizat o amplă cercetare privind sudarea prin presiune în

câmpultrasonor a tablelor din aluminiu (1985). Conferinţe naţionale de tehnologii

neconvenţionale, în care s- au prezentat şi lucrărire feritoare la prelucrarea cu ajutorul

ultrasunetelor, au fost organizate în instituţiile deînvăţământ superior din Timişoara,

Bucureşti, Braşov, Galaţi, Iaşi, Sibiu, Suceava etc.Tehnologiile neconvenţionale oferă

industriei posibilitatea de prelucrare a unor materiale dure şi extradure, în condiţii

de maximă eficienţă tehnico -economică.

Prelucrarea cu ultrasunete are la bază transformarea energiei electrice în energie

mecanică de oscilatie a sculei.Un corp care vibrează transmite o parte din energia sade

vibraŃie particulelor mediului de contact. Într-un mediu elastic, perturbatia se propagă

formând undele elastice, care iau, alternativ, forma unei compresiuni sau a uneiexpansiuni.

Filosoful grec Pitagora este considerat ca fiind cel care, prin experimentele şi studiile sale

asupra sunetelor emise de corzile vibrante , a pus bazele acusticii ca ştiinţă. Aproximativdupă

un mileniu, filosoful român Boethius introducea noţiunea de frecvenţă. Studiul modernal

undelor şi al acusticii este iniţiat de Galileo Galilei, în secolul al XVII - lea; acesta realizează un

studiu amănunţit asupra corzilor vibrante şi al legăturii dintre înălţimeasunetului şi frecvenţa

sursei acustice.

Primele experimente în vederea obţinerii vibraţiilor ultrasonice au fost realizate

decătre Rudolph Koenig. Pentru a obţine sunetul cel mai înalt ce putea fi perceput de

urechea umană, Koenig a conceput mai multe dispozitive: diapazoane, tuburi de orgă, bare

din oţelcu diferite lungimi şi forme ale secţiunii, care produceau vibraţii cu frecvenţe între 4

şi 90kHz. În 1907, Alberg a reuşit să măsoare unde ultrasonice propagate în aer cu frecvenţe

de până la 300 kHz.

Caracteristica principală a procedeelor de prelucrare cu ajutorul ultrasunetelor

este prezenţa vibraţiilor cu frecvenţă ultrasonică în zona de lucru. Prelucrarea cu ultrasunete

esteindicată în situaţii în care se obţine un randament tehnico - economic superior celui

rezultat

în urma aplicării altor prelucrări neconvenţionale sau clasice . Atât în ţară, cât şi peste

hotare, s- au acumulat multe cunoştinţe privind prelucrările cu ultrasunete.

UNDE ACUSTICE

Orice corp care vibrează transmite o parte din energia sa de vibraţie particulelor

mediului cu care se află în contact. se creează în acest fel o perturbaţie. Considerând mediul

elastic, această perturbaţie nu rămâne localizată datorită interacţiunii dintre particulele

mediului, ea transmiţându-se din aproape în aproape, formând unde elastice care iau

alternativ forma unei compresiuni sau a unei expansiuni. Deoarece modalitatea de a

produce o perturbaţie într-un mediu este foarte variată, şi undele elastice pot fi foarte

variate.

Câmpul acustic. Tipurile de undă

Undele acustice sunt o varietate de unde elastice. Privite din punct de vedere al

frecvenţei şi deci al senzaţiei pe care o produc asupra organului auditiv uman se deosebesc:

- undele infrasonore, care au frecvenţe inferioare frecvenţei sunetului celui mai

grav perceput de organul auditiv al omului (0,5 … 20 Hz);

- undele sonore, care au frecvenţe care fac să impresioneze organul auditiv al

omului producând senzaţia de auz (20 … 20000 HZ);

- undele ultrasonore, care au frecvenţa ce depăşesc frecvenţa sunetului cel mai

înalt perceput de organul auditiv al unui om otologic normal. În general se consideră

ultrasunete, undele elastice cu frecvenţe cuprinse între 16000 Hz şi 109…1010 Hz;

- undele hipersonore, care au frecvenţe foarte ridicate şi nu se mai supun legilor clasice ale

mecanicii necesitând aplicarea legilor mecanicii cuantice. Domeniul lor începe de la

aproximativ 1010 Hz şi se întinde până la 1014 Hz, acestor frecvenţe corespunzându-le lungimi

de undă comparabile cu distanţele interatomice.

Regiunea mediului elastic care se găseşte în stare de vibraţie şi care este sediul unor unde acustice se numeşte câmp acustic.

În mişcarea vibratorie pe care o efectuează, particulele mediului pot avea diferite

traiectorii, cele mai simple şi cele mai frecvent întâlnite fiind traiectoriile liniare şi

traiectoriile circulare.

Undele ultrasonore, la fel ca şi undele elastice, pot fi de diverse tipuri în raport cu

traiectoria pe care o pot avea particulele mediului şi cu natura şi dimensiunile mediului prin

care se propagă.

Din acest punct de vedere se deosebesc:

Comprimare Rarefiere

Direcţia de mişcare Direcţia de a particulei propagare

λ

Fig 1.1. Undele longitudinale: λ – lungime de undă

- undele longitudinale, când traiectoria undei este liniară şi deplasarea

particulelor se produce în direcţia propagării undei (Fig. 1.1.). Aceste tipuri de unde iau

naştere şi se pot propaga prin orice mediu elastic, gazos, lichid, solid sau plasmă. Ele produc

compresii şi rarefieri succesive de-a lungul direcţiei de propagare în fluide şi gaze, iar în

solide produc eforturi alternative de întindere şi comprimare. Moleculele mediului vibrează

în jurul poziţiilor de echilibru, traiectoriile lor fiind drepte, paralele cu direcţia de propagare a

frontului de undă, viteza de propagare fiind condiţionată de forţele de interacţiune dintre

particulele mediului. Dacă dimensiunile mediului prin care se propagă undele elastice nu pot

fi considerate infinite şi devin comparabile cu lungimea undei acustice, undele se numesc în

acest caz cvasilongitudinale;

- undele transversale, când traiectoria undei este liniară, dar deplasarea

particulelor se face după o direcţie perpendiculară pe direcţia propagării undelor (Fig. 1.2.).

Aceste unde se mai numesc şi unde de alunecare şi se formează numai în mediile solide,

deoarece au legăturile moleculare asigurate.

λ

Direcţia de mişcare Direcţia de

a particulei propagare

λ

Fig. 1.2. Undele transversale:

λ – lungimea de undă

Pentru propagarea acestor unde acustice este necesar ca fiecare particulă să

exercite o forţă de atracţie asupra particulelor învecinate astfel încât la mişcarea lor

alternativă să poată acţiona şi asupra celor vecine.

De exemplu, când frontul de undă a atins particulele m1 şi m2 care se mişcă

perpendicular pe direcţia de propagare a frontului de undă (Fig. 1.3.) asupra particulei m3

aflată în repaus vor acţiona şi forţele care să exercite între m1 şi m3 şi cele care se exercită

între m2 şi m3.

m1

Direcţia de propagare

m3

m2

Fig. 1.3. Undele transversale în solid omogen infinit: m1; m2; m3 – particule

materiale

Aceste forţe au componente longitudinale care se anulează reciproc şi

componente transversale care se adună şi pun în mişcare particula m2 tot în direcţia de

propagare. Modelul celor trei particule poate fi extins la un număr infinit de particule ce

constituie corpul solid omogen şi nemărginit;

- undele de torsiune, când traiectoria particulei mediului este circulară într-un

plan perpendicular pe direcţia de propagare a frontului de undă, iar mediul are dimensiuni

finite. Undele de torsiune apar în medii solide de tipul barelor solicitate la torsiune.

- undele Rayleigh, când traiectoria particulei este un cerc având ca centru poziţia

de repaus şi care este conţinut într-un plan paralel cu direcţia de propagare.

Acest tip special de unde apare pe suprafaţa liberă a unui corp solid sau a unui

mediu lichid şi se mai numesc şi unde de suprafaţă. Sub acţiunea acestor unde de suprafaţă

corpul va avea o mişcare longitudinală şi una transversală, moleculele executând o

traiectorie eliptică la trecerea frontului. Dacă se cercetează o secţiune transversală într-un

mediu prin care se propagă unde Rayliegh, se constată că particulele execută mai întâi o

elipsă dextrogiră în raport cu direcţia de propagare a undei şi ale cărei axe se schimbă până

ce particulele vibrează numai în direcţia verticalei şi apoi o elipsă levogiră care se atenuează

până la 1% din amplitudinea de vibraţie la o adâncime de o lungime de undă de suprafaţă

(fig. 1. 4.).

Mişcarea particulei

Direcţia de propagare

Fig. 1.4. Undele Rayleigh

Particulele separate printr-o lungime de undă se vor găsi în acelaşi moment în

puncte identice pe elipsele ce le descriu, elipsele având aceeaşi formă la diverse adâncimi de

suprafaţă. În ansamblu, undele Rayleigh sunt constituite dintr-un număr de cicluri, fiecare

ciclu dând un front de undă de-a lugul căruia particulele se găsesc în poziţii identice pe elipse

identice (Fig. 1.5.).

Acest tip de unde se propagă numai la suprafaţă, practic pe o adâncime de câteva

lungimi de undă. Undele Rayleigh sunt bidimensionale şi se atenuează mult mai greu decât

undele longitudinale şi transversale. Undele de suprafaţă sunt generate şi de cutremurele de

pământ şi se propagă la distanţe mari.

Deoarece ele se formează numai la suprafaţă de separare a două medii diferite,

ca de exemplu oţel-aer, sunt utilizate în defectoscopia nedistructivă ultrasonică pentru

punere în evidenţă a defectelor de suprafaţă a fisurilor şi crăpăturilor.

λ

Fig. 1.5. Undele de suprafaţă

λ – lungime de undă

- undele Lamb, când undele elastice sunt generate în plăci subţiri, sau în bare

subţiri caracteristicile de transmisie depinzând de lungimea de undă ultrascurtă, de tipul

solidului şi de dimensiunile plăcii sau barei. Mişcarea particulei la astfel de tipuri de unde

este deosebit de complexă, fiind asemănătoare cu cea a undelor transversale când

dimensiunile corpului solid sunt comparabile cu lungimea de undă a ultrasunetului sau cu

cea a undelor de suprafaţă când grosimea plăcii este egală sau chiar mai mică decât

lungimea de undă a ultrasunetului. Undele Lamb pot fi simetrice (Fig. 1.6. a) sau asimetrice

(Fig. 1.6. b), ele pot fi excitate şi prin incidenţa oblică a unor unde longitudinale pe suprafaţa

unui corp. Amplitudinea undei va fi maximă atunci când viteza undei longitudinale vl, va fi

egală cu viteza de fază a undei Lamb vs, adică atuci când este satisfăcută condiţia:

în care α este unghiul de incidenţă al undelor longitudinale; γ frecvenţa undei longitudinale.

În afară de dependenţa de γ şi λ ale undei longitudinale, lungimea de undă Lamb

depinde şi de grosimea plăcii în care se produce.

În marea majoritate a cazurilor de aplicaţii tehnologice ale undelor ultrasonore,

datorită mediilor fine în care are loc propagarea şi a formelor geometrice foarte variate, apar

diferite categorii de unde, creându-se de cele mai multe ori mişcări deosebit de complexe.

Fig. 1.6. Undele Lamb

a – simetrice; b - asimetrice

Undele longitudinale plane

Dacă perturbaţia unui mediu este produsă de un punct material aflat în stare de

vibraţie, fronturile de unde sunt suprafeţe sferice având centrul într-un punct care coincide

cu sursa şi care se propagă cu aceeaşi viteză în toate direcţiile dând naştere undelor sferice.

Dacă se consideră suprafeţele sferice la distanţe foarte mari în raport cu sursa care le-a

produs, fronturile de undă pot fi asimilate cu unde plane, perpendiculare pe direcţia de

propagare.

Undele plane sunt deci cel mai simplu tip de unde, caracteristica lor principală

fiind aceea că presiunile acustice şi deplasările particulelor într-un plan perpendicular pe

direcţia de propagare au aceeaşi fază şi aceeaşi amplitudine.

Ecuaţia undei elastice

Fenomenul propagării undei acustice printr-un mediu poate fi foarte bine

caracterizat prin ecuaţia undei. Pentru deducerea ecuaţiei undei se presupune că unda

acustică se propagă într-un mediu perfect elastic, omogen şi izotrop. În general, propagarea

undei acustice se face după o direcţie oarecare în raport cu un sistem de axe rectangulare.

Deducerea ecuaţiei generale a undei se poate face luând în considerare legea mişcării, legea

continuităţii şi proprietăţile termodinamice ale gazelor.

Perturbaţia provocată de punctul material în vibraţie se propagă în mediul elastic

sub formă de compresiuni şi rarefieri. Deoarece compresiunea se datoreşte unei măriri a

presiunii, iar rarefierea unei micşorări a presiunii, propagarea unei unde acustice înseamnă o

variaţie a presiunii în timp şi spaţiu. Prin urmare, prin relaţia care trebuie stabilită este cea

dintre presiunea acustică şi variaţia densităţii mediului prin care se propagă unda. Se

presupune că schimbările de presiune şi de densitate sunt atât de rapide încât temperatura

gazului rămâne constantă şi deci este vorba de un proces adiabatic.

în care: pentru este presiunea totală; V – volumul; k = cp/cv (cp – căldura specifică la presiune

constantă; cv – căldura specifică la volum constant).

Prin derivare logaritmică relaţia (1.2) devine:

Ţinând cont că presiunea totală în orice moment este:

(p – presiunea acustică, p0 – presiunea statică) şi că raportul dintre densitatea la

un moment dat ρ' şi densitatea iniţială ρ0, numit condensare, este dat de relaţia:

se găseşte legătura dintre presiunea acustică şi variaţia densităţii mediului o

expresie de forma:

unde: este o constantă numită viteza sunetului sau ultrasunetului; ρ' –

densitatea rezultată în urma perturbaţiei.

Pentru a determina ecuaţia corespunzătoare celei de a doua legi a lui Newton

trebuie pornit de la forţele exterioare ce acţionează asupra elementului de volum (fig. 1.7)

Z

B B'

C C'

F'x F''x

A A'

O O' X

Y

Fig. 1.7 Forţele exterioare ce acţionează asupra unui element de volum în cazul

undelor longitudinale plane:

F'x – forţa care acţionează pe faţa OABC

F''x – reacţiunea ce acţionează pe faţa O'A'B'C'.Dacă perturbarea are loc la direcţia axei Ox, forţa care acţionează pe faţa OABC

este:

iar pe faţa opusă O'A'B'C', acţionează reacţiunea F''x, de forma:

şi caută să accelereze elementul de volum în sensul pozitiv al axei O. Notând cu vx, vy, vz

componentele vitezei volumului elementar se poate determina acceleraţia ax, cu relaţia:

Deoarece termenii de forma sunt mărimi de ordinul al doilea, pot fi

neglijaţi, astfel că forţa de accelerare dirijată după axa Ox este:

Aplicând legea a doua a lui Newton rezultă:

legea mişcării

În cazul amplitudinilor mici, când se poate considera că , şi analoagele ei pe

axele Ox şi Oz devin:

Ecuaţiile date mai sus reprezintă legea mişcării.

Pentru determinarea ecuaţiei undei trebuie ţinut cont şi de principiul

continuităţii.

Conform principiului continuităţii, diferenţa dintre cantitatea de fluid intrată în

elementul de volum şi cantitatea de fluid ce se scurge din acest volum printr-o pereche de

feţe delimitatoare este egală cu valoarea creşterii masei fluidului din acest volum. Cantitatea

de fluid dQI, care pătrunde printr-o faţă delimitatoare (OABC) în elementul de volum

considerat, într-un interval de timp dt, este:

Prelucrarea cu ultrasunete

În cazul acestei prelucrări, prelevarea materialului se bazează pe transmiterea

directă a şocurilor dinamice produse de sculă, prin intermediul agentului eroziv (în speţă

granulele abrazive) piesei (suprafeţei de prelucrat) ca urmare a apariţiei unei forţe statice.

Sub acţiunea acestor şocuri, granulele abrazive, ce au o duritate mai mare decât materialul

piesei, creează în stratul superficial al piesei microfisuri ce avansează în adâncime,

producând desprinderi de microparticule din materialul de prelucrat. În timpul prelucrării,

lichidul agentului eroziv (obişnuit apă) este supus la compresiuni şi întinderi. În perioada de

întindere, el exercită asupra materialului piesei o solicitare de tracţiune care desprinde

bucăţi din acesta.

În această perioadă, datorită gazelor dizolvate în apă şi a granulelor abrazive, se

formează microbule cavitaţionale. În timpul compresiunii, microbulele sunt comprimate şi

se distrug producând şocuri locale şi presiuni asupra suprafeţei, ce pot ajunge până la 1000

daN/cm2. Sub

acţiunea undelor de şoc, lichidul pătrunde în fisuri exercitând presiuni asupra metalului şi

provocând dislocarea bucăţilor de material.

Pentru creşterea efectelor ultrasonice şi eliminarea produselor erodate, agentul

eroziv circulă prin spaţiul de lucru. Suprafaţa prelucrată se generează, în principal, prin

copierea formei sculei. Printr-o cinematică bine aleasă, se pot genera şi suprafeţe diferite de

forma sculei. Granulele abrazive utilizate au dimensiuni cuprinse între (3÷150)µm şi sunt din

diamant, carbură de bor, carbură de siliciu şi carborund. Densitatea lor în lichid este de

(30000 ÷ 100000)buc/cm3. În timpul prelucrării, ele îşi micşorează dimensiunile şi muchiile li

se rotunjesc, datorită solicitărilor la care sunt supuse.

Ca lichid se foloseşte, cel mai adesea, apa, deoarece are proprietăţi de umectare

bune, densitate convenabilă, conductibilitate termică suficientă, este mediu de răcire bun,

nu este toxică şi este ieftină. Concentraţia abrazivului în ea este de (25 ÷ 40)%. Scula se

execută din materiale tenace pentru ca uzura sa în timpul prelucrării să fie minimă. Ea

vibrează în perioada de prelucrare cu o frecvenţă de (16 ÷ 35)kHz cu o amplitudine de (10 ÷

604)µm, viteza medie de oscilaţie, numită şi viteza principală, este de (0,64 ÷ 8,4)m/s. Ea are

aceeaşi direcţie şi acelaşi sens cu procesul eroziv.

Productivitatea prelucrării, care este debitul volumic prelevat, este:

Qp=Vp*S [mm3/min]

unde: vp este viteza principală, mm/min

S – suprafaţa transversală a sculei, mm2

Viteza principală sau de prelucrare se calculează cu relaţia: [ ] min

Vp=h/tp

unde: h este adâncimea de prelucrat, mm

tp – timpul de prelucrare, min.

Viteza de prelucrare depinde de amplitudinea vibraţiilor şi de presiunea statică.

Precizia dimensională a suprafeţelor prelucrate ultrasonic este de ± 0,0127 mm, iar

rugozitatea de (0,3 ÷ 0,4)µm.

Prelucrabilitatea ultrasonică a materialelor se apreciază după caracterul ruperilor

(fragile sau plastice) prin criteriul de fragilitate numit şi coeficient de prelucrabilitate Kpr , a

cărui valoare se calculează cu relaţia:

Kpr=Rf/Rm

unde: Rf

este rezistenţa de rupere la forfecare, daN/cm2

Rm – rezistenţa de rupere la tracţiune, daN/cm2

Materialele cu prelucrabilitate bună (Kpr>2) sunt sticla, cuarţul, ceramica, germaniul,

siliciul, feritele, etc., deci materiale cu fragilitate mare şi duritate relativă mică.

Materialele cu prelucrabilitate medie (Kpr = (1 ÷ 2)) carburile metalice, oţeluri aliate,

aliajele de titan.

Materialele greu prelucrabile ultrasonic sunt materialele tenace precum oţelul moale,

cuprul, aluminiu, etc.

Prelucrarea ultrasonică se aplică pentru:

-obţinerea găurilor străpunse sau înfundate, cu axe drepte sau curbilinii , pentru gravare,

filete interioare şi exterioare, canale profilate în piese din sticlă şi mineraloceramice;

- prelucrarea pieselor simple şi cu configuraţie complexă din sticlă, cuarţ, fluorită, titanat de

bariu, în industria aparatelor optice şi mecanică fină, materiale semiconductoare (germaniu,

siliciu) diamant tehnic, ferite şi alte materiale mineraloceramice din industria electronică,

electrotehnică şi aparatelor de măsură şi control; ¾ finisarea filierelor, poansoanelor şi

matriţelor din carburi metalice şi recondiţionarea lor după uzură;

-prelucrarea pietrelor preţioase şi semipreţioase în industria bijuteriilor, a pietrelor tehnice

pentru industria mecanicii fine şi aparatelor de măsură.

2. Stadiul actual al cercetarilor

Intensificarea procedeelor de prelucrare prin aschiere folosind energia ultrasonora

Generalitati

Dintre metodele ce pot contribui la cresterea eficientei procedeelor de prelucrare

prin aschiere, introducerea in sistemul tehnologic al vibratiilor ultrasonore, se remarca in

ultima vreme ca o solutie adoptata din ce in ce mai des de diferiti cercetatori ai procesului de

aschiere care incearca s aimbine procedeele clasice de prelucrare cu ultimele cuceriri ale

stiintei secolulu i nostru. Astfel a fost cercetata influenta ultrasunetelor asupra unor

procedee ca : strunjirea, frezarea, gaurirea, largirea, alezarea, filetarea, brosarea,

rectificarea, polizarea, slefuirea, honuirea, lepuirea, ascutirea sculelor s.a.

Ca principale avantaje ale suprapunerii oscilatiilor cu frecvente in domeniul

ultrasonor peste fortele din sistemul clasic de aschiere pot fi amintite :

- permite prelucrarea economica a unor materiale dure si extradure si greu

prelucrabile prin procedeele clasice ;

- mareste considerabil durabilitatea sculelor aschietoare (uneori de 400…

1000%)

- posibilitatea inlaturarii vibratiilor proprii ale sistemului tehnologic si

obtinerea unei calitati foarte bune a suprafetei ;

- reducerea campului termic si a tensiunilor remanente ;

- posibilitatea cresterii vitezei de aschiere si a unor productivitati mult

sporite ;

- micsorarea simtitoare a fortelor si momentelor de aschiere ;

- inlaturarea arsurilor si microfisurilor si operatiile de finisare ;

- obtinerea unor proprietati functionale net superioare ale suprafetei

prelucrate ;

- cresterea rezistentei la coroziune a suprafetelor prelucrate ;

Toata operatia constituie posibilitati reale de intensificare a regimurilor de aschiere

fata de sistemul clasic de lucru avand efecte economice dintre cele mai spectaculoase.

Clasificarea sistemelor ultraacustice folosite la prelucrarea prin aschiere

Sistemele ultraacustice sunt instalaţii în care se produc şi se transmit oscilaţiile

ultrasonore.

Orice sistem ultraacustic, în funcţie de scopul propus, poate lucra în regim de

nerezonanţă sau în regim de rezonanţă cu unde staţionare sau unde nestaţionare. În

majoritatea domeniilor de utilizare a ultrasunetelor se folosesc undele staţionare, care

permit să se obţină: condiţii optime de lucru ale sistemului, creşterea eficienţei, posibilitatea

concentrării energiei ultrasonore, simplitatea constructivă, izolarea acustică bună, precum şi

o serie de avantaje tehnologice.

Fig. 3.186. Clasificarea sistemelor ultraacustice.

Sistemele ultraacustice se calculează şi se execută în aşa fel încât în partea terminală

să se excite oscilaţii de un singur tip, deoarece în caz contrar apar mari dificultăţi în crearea

Sisteme ultraacustice

Deschise

Închise

După proprietăţile

acustice

Maximul eforturilor

unitare

Maximul amplitudinii oscilaţiilor

După proprietăţile tehnologice

După locul de dispunere a focarului

După tipul undelor

Longitudinale

De încovoiere

Transversale

De suprafaţă

Radiale

Torsionale

De placă

După tipurile mecanice de deformaţii rezultate prin aplicarea eforturilor unitare principale

După modul de fixare a

ansamblului ultraacustic

Combinat

După modul de introducere a undelor în focarul de

prelucrare

Prin lichidul de răcire-

ungere

Prin semifabricat

Prin sculă

Fixare pe concentrator

Fixare la suprafaţa de separare a concentratorului şi

transductor

Fixare între pastile

regimului de lucru la rezonanţă şi în izolarea acustică faţă de mediu. Pentru aceasta este

necesar să existe o relaţie bine definită între geometria diferitelor elemente ale sistemului şi

lungimea de undă a vibraţiilor excitate în sistem. O clasificare a sistemelor ultraacustice cu

largă aplicabilitate în practică, luând în considerare criteriile cele mai reprezentative este

prezentată în figura 3.186.

Sursa de energie. Ca sursă de energie primară se utilizează generatorul electronic de

frecvenţă înaltă care transformă curentul electric de frecvenţă industrială în curent de înaltă

frecvenţă. Frecvenţa generatorului se stabileşte în funcţie de destinaţia instalaţiei

ultrasonore. În general, pentru prelucrarea mecanică a materialelor solide, curăţirea

pieselor, sudarea materialelor şi alte aplicaţii active se folosesc ultrasunetele cu frecevenţe

de 20…40 kHz, pentru defectoscopia betoanelor 30…100 kHz, pentru formarea emulsiilor

400…800 kHz, pentru defectoscopia metalelor se utilizează frecvenţe între1,5…6 MHz etc.

Frecvenţa generatorului este acordată pe frecvenţa fundamentală sau a primei armonici a

convertorului de energie ultrasonoră, numită frecvenţă de rezonanţă.

Sisteme ultraacustic (bloc, ansamblu ultrasonor) are rolul de a transforma oscilaţiile

de frecvenţă ultrasonoră în oscilaţii mecanice amplificate la o anumită valoare care se

transmit apoi mai departe sculei de prelucrare sau mediului activat. Sistemul se compune de

regulă din: transductor, concentrator şi scula de prelucrare.

Transductorul este elementul care transformă cu un randament impus energia

primară (electrică) în energie acustică. După principiul de transformare a energiei se

întâlnesc mai multe tipuri de transductoare, dintre care cele mai răspândite sunt cele

magnetostrictive şi piezoelectrice.

Concentratorul ultrasonor permite ca energia acustică să fie concentrată într-un

volum mai mic şi să se obţină unde ultrasonore de intensităţi ridicate; face legătura între

transductor şi obiectul de transfer cu scopul de a mări amplitudinea de oscilaţie şi de a

asigura un acord de impedanţă între transductor şi sarcina din spatiul de lucru.

Concentratorul are forma unei bare cu secţiunea transversală variabilă iar generatoarea sa

poate fi de formă conică, cilindrică în trepte sau poate fi descrisă de o funcţie matematică ca:

exponenţială, catenoidală, cosinus hiperbolic etc.

Elementul (obiectul) de transfer (scula aşchietoare) al energiei acustice formează

legătura între concentrator şi suprafeţele de lucru, constituind de multe ori scula efectivă de

lucru, furnizând amplitudinea utilă, în condiţiile unor pierderi minime de energie şi a unei

rezistenţe la uzură şi oboseală cât mai bune.

Pentru a realiza unitatea şi stabilitatea unui sistem ultraacustic în vederea îndeplinirii

rolului funcţional mai sunt necesare:

- elemente de adaptare şi cuplaj acustic care realizează o legătură eficientă mecano-

acustică pentru un transfer optim de energie între elementele instalaţiei;

- sisteme de fixare mecanică şi acustică care se referă la modalităţile de fixare a

diferitelor elemente ale sistemului ultrasonor şi fixarea acestuia în structura de rezistenţă.

Din considerente energetice şi de stabilitate dinamică montarea lor se face într-un nod de

oscilaţie al elementului de adaptare acustică.

Sisteme ultraacustice care utilizează vibraţii longitudinale

Una din problemele cele mai importante ale procedeului de prelucrare prin aschiere

in camp ultrasonor este modalitatea de intoarcere a oscilatiilor ultrasonore in zona de

aschiere. Au fost incercate urmatoarele modalitati de intoarcere a energiei ultrasonore in

zona de aschiere : prin scula ; prin piesa de prelucrat ; prin ambele. De asemenea au fost

folosite sisteme de prelucrare folosind diferite tipuri de unde ultrasonore (fig. 3.188’).

Sistemele ultraacustice cu vibraţii longitudinale prezintă avantajul unei construcţii simple şi

robuste, lanţul ultraacustic fiind format din transductor, concentrator şi sculă (fig. 3.189 şi

fig. 3.190). Alte procedee care folosesc vibraţii longitudinale pot fi: strunjirea (fig. 3.191, fig.

3.192 şi fig. 3.193), danturarea (fig. 3.197), prelucrarea prin strunjire a filetelor (fig. 3.198),

găurirea (fig. 3.199), (fig. 3.195), debitarea precum şi la unele prelucrări de superfinisare (fig.

3.204 şi fig. 3.205). Concentratorul se proiectează ţinând seama de masa cuţitului montat pe

el conform cu metodica de calcul aferenta. În majoritatea cazurilor fixarea cuţitului pe

concentrator se realizează prin asamblarea conică cu autoîmpănare care, conform literaturii

de specialitate, pe lângă funcţionarea cu pierderi energetice minime oferă şi posibilitatea

schimbării rapide şi comode. Pe lângă acest sistem de fixare se mai folosesc fixarea prin lipire

cu aliaj de argint şi fixarea cu ajutorul asamblării filetate de precizie. Fixarea prin lipire

prezintă pierderi energetice prin cavitaţie în cazul în care lipirea se realizează

necorespunzător iar, pentru reascuţirea cuţitului este necesară demontarea acestuia

împreună cu concentratorul. Deşi asamblările filetate oferă avantajul demontării uşoare în

vederea reascuţirii, la utilizarea acestora apar pierderi energetice prin cavitaţie la vârful

filetului şi pot apare mari diferenţe între frecvenţa de rezonanţă calculată şi cea reală.

Sistemele ultraacustice utilizând vibraţii longitudinale prezintă o serie de dezavantaje

importante cum ar fi: imposibilitatea aplicării acestora la o serie de prelucrări (strunjire

interioară cu vibraţii tangenţiale, găurirea şi alezarea cu vibraţii torsionale etc.); limitări

impuse de construcţia acestora la unele prelucrări (de exemplu la strunjirea cilindrică

exterioară există un diametru maxim al piesei ce poate fi prelucrată şi o distanţă minimă

între cuţit şi dispozitivul universal de prindere a piesei) etc.

3. Importanta si actualitatea problemei cercetate

Oportunitatea cercetării prelucrărilor cu ajutorul ultrasunetelor

Industria utilizează un număr mare de metode şi procedee neconvenţionale

precumsunt: eroziunea electrică, metodele de prelucrare cu adăugare de material, ş.a., care

potrealiza diferite prelucrări în materiale, indiferent de proprietăţile lor fizico-chimice şi

mecanice.Realizând o comparaţie între prelucrările clasice şi cele neconvenţionale, din

punctulde vedere al consumului energetic, acestea din urmă necesită o cantitate mai mare

de energie pentru o aceeaşi cantitate de material prelucrată, iar productivitatea obţinută

este mai mică.

Ca avantaje ce pledează în favoarea prelucrărilor neconvenţionale, pot fi

menţionatecalitatea suprafeţelor prelucrate, respectiv valori mai bune în ceea ce priveşte

rugozitatea,adâncimea stratului superficial influenţat, microduritatea, microfisurile,

tensiunile reziduale, zona afectată termic etc. Datorită acestui fapt, utilizarea prelucrărilor

neconvenţionale esteindicată atunci când aplicarea metodelor clasice este imposibilă sau

neeconomică .

În vederea relevării importanţei studierii prelucrărilor cu ajutorul ultrasunetelor s-a

realizat o analiză comparativă a prelucrărilor neconvenţionale.

Compararea tehnologiilor neconvenţionale s-a realizat ţinând cont de următoarele

criterii:

a) parametrii fizici de proces utilizaţi;

b)formele geometrice care se pot obţine;

c) materialele în cazul cărora pot fi aplicate;

d) efectele asupra pieselor prelucrate;e) metodele de fabricare a electrozilor etc.

Tehnologiile neconvenţionale alese ca reprezentative pentru comparare sunt:

prelucrarea cu ultrasunete USM (ultrasonic machining)

prelucrarea cu jet abraziv AJM (abrasive jet machining);

prelucrarea electrochimică ECM (electrochemical machining);

prelucrarea prin electroeroziune EDM (electodischarge machining);

prelucrarea cu fascicul de electroni EBM (electron beam machining);

prelucrarea cu laser LBM (laser beam);

prelucrarea cu plasmă PBM (plasma beam machining).

Elemente constructive ale instalaţiilor de prelucrat cu ajutorul ultrasunetelor

Instalaţiile destinate prelucrărilor cu ajutorul ultrasunetelor se aseamănă mult cu celede

găurit, fiind posibilă o clasificare a acestora după mai multe criterii.

O maşină-unealtă pentru prelucrare cu a jutorul ultrasunetelor are în structura sa

următoarele subansambluri:

un generator de frecvenţă joasă, de putere reglabilă, având un dispozitiv de reglarea

frecvenţei de rezonanţă mecanică a transformatorului electroacustic:

un transformator electroacustic;

un amplificator, al cărui rol este de a transmite şi de a amplifica amplitudineavibraţiilor

transductorului pe care este montat;

scula de prelucrare, care să poată fi schimbată uşor.

Primul brevet pentru o maşină de prelucrat cu ultrasunete a fost înregistrat în Anglia,

în1945.

Concentratoare ultrasonice

Concentratoarele ultrasonice îndeplinesc, în principal, următoarele funcţii:

1)transferă energia ultrasonică de la generatorul de vibraţii spre locul prelucrării [4, 7];

2)concentrează şi focalizează energia ultrasonică în zona de lucru;

3)măresc amplitudinea vibraţiilor sculei de lucru;

4) permit utilizarea ultrasunetelor la o gamă foarte largă de operaţii de prelucrare clasice;

5)sporesc la maxim randamentul prelucrării.

În vederea explorării spaţial e s-a apelat la procesul de prelucrare ultrasonică

învederea găurirea rocilor şi prelevarea de material necesar studiului de analiză structural

microscopică .

În ultimii ani, dezvoltarea metodelor de prelucrare a fost caracterizată de combinarea

metodelor convenţionale şi neconvenţionale de prelucrare în aşa - numitele procese hibride

de prelucrare; în acest sens, poate fi menţionată combinarea prelucrării cu ajutorulul

ultrasunetelor cu alte prelucrări clasice sau neconvenţionale.

În ultimii 5 ani, dinamica dezvoltării prelucrării cu ajutorul ultrasunetelor

evidenţiazăurmătoarele direcţii:

aplicarea acestei metode pentru realizarea unor microprelucrări;

extinderea utilizării prelucrării cu ajutorul ultrasunetelor în cazul unor noimateriale

(materiale compozite, sticlă, ceramică, materiale dure nou apărute);

utilizarea în cadrul modelărilor teoretice şi experimentale a unor metodemoderne de

analiză

- interpretare (de exemplu, metoda elementului finit, metoda celor mai mici pătrate, metoda

reţelelor neurale).

În domeniul prelucrărilor cu ajutorul ultrasunetelor, ca de altfel şi în alte domenii,

seurmăreşte modificarea parametrilor tehnologici, în vederea obţinerii unor rezultate

semnificative, cu aplicabilitate în microtehnologie.

Instalaţiile ultrasonice construite în ultima perioadă au următoarele facilităţi:

compensarea automată a uzurii sculei, în vederea asigurării preciziei impuse şi aunei

eficienţe ridicate a prelucrării;

prelucrarea CNC pe mai multe axe;

controlul şi afişarea în timp real a frecvenţei de lucru, pentru sesizarea situaţiilor în care nu

se prelucrează în regim de rezonanţă (ca urmare a uzurii excesive a sculei sausarcinilor mari

aplicate pe suprafaţa sculei);

controlul automat al întregului ciclu de lucru al maşinii.

În corelaţie cu performanţele tehno – economice realizate pe plan mondial în

domeniul

prelucrării cu ultrasunete, pe baza anchetelor efectuate de institutele de specialitate, se

potevidenţia următoarele concluzii cu privire la perspectivele de extindere a acestor

tehnologii:

1. Datorită performanţelor tehnice ridicate obţinute în cazul prelucrărilor cu

ultrasunete, se prevede extinderea acestui procedeu prin realizarea de noi tipuri de utilaje,

atât universale, cât şi specializate;

2. Se remarcă o continuă preocupare pentru perfecţionarea utilajelor de prelucrare cu

ultrasunete, prin realizarea unor instalaţii cu un înalt grad de tehnicitate, incluzând

noicuceriri ale tehnicii (comanda program şi comanda adaptivă etc.);

3. Se manifestă preocupare pentru utilizarea procedeelor combinate, fie a procedeelor

neconvenţionale fie a procedeelor de prelucrare prin aşchiere cu ultrasunete;

4. Apare în mod pregnant o preocupare tot mai intensă de perfecţionare a tehnologiilor

de prelucrare cu ultrasunete.

În ceea ce priveşte găurirea cu ajutorul ultrasunetelor, se urmăreşte

optimizarea parametrilor de proces şi a echipamentelor în vederea obţinerii unor microgăuri

cu o calitatesuperioară de prelucrare.

La ora actuală, cercetările se îndreaptă tot mai mult în direcţia măririi puterii de ieşire

a generatorului de frecvenţă ultrasonică şi creşterii randamentului energetic al

instalaţiei ,concomitent cu reducerea gabaritului acestora. Totodată, cercetările urmăresc

utilizarea denoi materiale pentru construcţia transductorilor în vederea măririi duratei lor de

exploatare.

Abordarea sistemică a procesului de prelucrare cu ajutorul ultrasunetelor

În vederea optimizării unui sistem, se impune stabilirea unui model matematic, format

dintr-un anumit număr de funcţii obiectiv care definesc funcţiile sistemului luat în

considerare din punct de vedere matematic şi un sistem de relaţii restrictive, prin c

are se limitează soluţia optimă şi în acelaşi timp se definesc relaţii între interacţiunile dintre

mediulexterior şi elementele sistemului.

Prin analiza sistemică a unui proces de prelucrare se înţelege o abordare de ansamblu a

parametrilor specifici acel ei prelucrări, atât a celor dependenţi, cât şi a celor

independenţi.Exploatând o astfel de abordare, se pot identifica raporturi de influenţă a unor

parametri deintrare asupra unor parametri de ieşire.

Abordarea sistemică a procesului de prelucrare cu ajutorul ultrasunetelor, într-o

reprezentare schematică poate fi observată în figura 1.

Figura 1 Abordarea sistemică a procesului de prelucrare cu ajutorul ultrasunetelor

Analiza sistemică poate fi considerată ca o nouă metodă, ce face posibilă însumarea

şiorganizarea cunoştinţelor, în vederea sporirii eficienţei unei acţiuni; ea permite o mai

bunăînţelegere şi o mai bună descriere a sistemului complex, fiind considerată ca o metodă

opusăabordării analitice. Ea include totalitatea elementelor sistemului, dar şi interacţiunile

şi/sauinterdependenţele acestora.

Abordarea sistemică facilitează optimizarea rezultatelor unui proces, dată fiind

tratareaacestuia drept sistem complex şi nu fragmentat, pe etape sau particularizat, doar

pentruanumiţi parametri.

4. Cercetari privin utilizarea ultrasunetelor la prelucrarea prin aşchiere

Strunjirea în câmp ultrasonor

În unele cazuri plăcuţa aşchietoare este brazată direct pe concentrator. Acestea pot fi

utilizate la strunjirea cilindrică exterioară (fig. 3.188, fig. 3.189 şi fig. 3.190).

1 2 3

4 5

f,af,a

1

2

4

5

3

Fig. 3.189. Sistem ultraacustic utilizat la prelucrarea prin strunjire folosind vibraţii longitudinale : 1 – piesa de prelucrat; 2 – scula aşchietoare; 3 – transductor piezoceramic; 4 – concentrator; 5 – diagrama de variaţia a amplitudinii.

Fig. 3.190. Sistem ultraacustic utilizat la prelucrarea prin strunjire folosind vibraţii longitudinale : 1 – piesa de prelucrat; 2 – transductor piezoceramic; 3 – scula aşchietoare; 4 – concentrator; 5 – sistemull de fixare al ansamblului ultraacustic.

Vibraţii longitudinale

Strunjire

FrezareDanturare

Găurire

Alezare

Broşare

Filetare

Vibraţii radialeVibraţii transversale

StrunjireStrunjire

FrezareFrezareDanturare

GăurireGăurire

AlezareAlezareAlezare

BroşareBroşareCorijare

Broşare

Vibraţii compuseVibraţii torsionale

StrunjireStrunjire

FrezareFrezare

GăurireGăurireLărgire

AlezareSeveruire

BroşareCorijare

Vibraţii axiale

Strunjire

Frezare

Găurire

Alezare

Broşare

Introducere a vibraţiilor ultrasonore în procesul de prelucrare prin aşchiere folosind diferite tipuri de unde

Fig. 3.188’. Introducerea vibraţiilor ultrasonore în procesul de prelucrare prin aşchiere folosind diferite tipuri de unde.

Rabotare, Mortezare

Honuire, Lepuire

RectificarePilire

FiletareFiletareFiletareFerestruire

Filetare

Rabotare, Mortezare

Rabotare, Mortezare

Rabotare, Mortezare

Rabotare, Mortezare

RectificareRectificareRectificareRectificare

Honuire, Lepuire

Honuire, Lepuire

Honuire, Lepuire

Honuire, Lepuire

Filetare

Rabotare, Mortezare

RectificareAbrazare

Honuire, Lepuire

f,a

n

/4

/4

3 2

1

n

f, a

v

f, a

2

1

3

3

1

2

Fig. 3.191. Sistem ultraacustic deschis:1 – transductor; 2 – concentrator de energie ultrasonoră; 3 – scula aşchietoare; f – frevenţa; A – amplitudinea.

Fig. 3.192. Strunjirea şi rabotarea cu vibraţii ultrasonore aplicate după direcţia componentei principale a forţei de aşchiere :1 – scula aşchietoare; 2 – concentrator; 3 – piesa de prelucrat.

n

/2

2

1

a

3

4

1

bFig. 3.193. Schema de principiu folosită la strunjirea cilindrică exterioară:1 – piesa de prelucrat; 2 – scula aşchietoare; 3 – concentrator de energie ultrasonoră; 4 – transductor.

4

21

3

a

f,a

EsR s

b

Fig. 3.194. Schema de principiu folosită la strunjirea cilindrică exterioară:

1 – piesa de prelucrat; 2 – scula aşchietoare; 3 – concentrator de energie ultrasonora; 4 – transductor.Finisarea alezajelor în câmp ultrasonor

Principalele sisteme folosite la finisarea alezajelor sunt prezentate în figura 3.204 şi

figura 3.205.

f,aG

1

2

4

apa

3

5

6

2 3 4

n

1

Fig. 3.204. Schema de principiu la prelucrarea de finisare a alezajelor folosind vibraţiile ultrasonore:

1 – scula aşchietoare; 2 – concentrator; 3 – carcasă; 4 – transductor; 5 – pastile piezoceramice; 6 – roată de

Fig. 3.205. Sistem ultraacustic utilizat la prelucrarea

prin rectificare folosind vibraţii longitudinale:

1 – direcţia de oscilare; 2 – scula aşchietoare; 3 – concentrator; 4 – transductor

Rectificarea în câmp ultrasonor

Primul care a utilizat vibraţiile ultrasonore la rectificarea plană este Colwell, în anul

1956, urmat apoi de cercetători din Japonia, Rusia, SUA Germania şi România. În cazul utilizării

energiei ultrasonore la prelucrarea prin rectificare o deosebită importanţă o prezintă direcţia şi

tipul vibraţiilor, deoarece acestea conduc direct la modificarea cursei şi a vitezei granulei de

abraziv. Cercetările întreprinse până acum disting două metode de introducere a energiei

ultrasonore în focarul de prelucrare: introducerea undelor ultrasonore în sculă (fig. 3.205) şi

introducerea undelor ultrasonore în piesă (fig. 3.215, a, b şi c). La prima metodă piatra de

rectificat este montată în nodul deplasărilor concentratorului de energie ultrasonoră, în ea

excitându-se vibraţii radiale. S-a constatat că sub acţiunea vibraţiilor ultrasonore se obţine o

aşchiere mai rapidă, calitatea suprafeţei se îmbunătăţeşte mai ales la prelucrările interioare

adânci, pericolul arderii se elimină şi se măreşte foarte mult durabilitatea sculei datorită

intensificării acţiunii de autocurăţire a pietrei. La introducerea vibraţiilor ultrasonore în piesa de

prelucrat se disting următoarele posibilităţi: piesa vibrează în direcţia avansului (fig. 3.215, a)

tangenţial la piatra de rectificat (fig. 3.215, b) şi normal la suprafaţa pietrei de rectificat (fig.

3.215, c). în majoritatea lucrărilor de specialitate s-a analizat influenţa direcţiei vibraţiilor

ultrasonore asupra cantităţii de metal îndepărtat şi asupra rugozităţii suprafeţei prelucrate.

Rabotarea în câmp ultrasonor folosind unde transversale

Schema de principiu la prelucrarea prin rabotare cu folosirea vibraţiilor ultrasonore

transversale se prezintă în figurile 3.211 şi 3.212.

1

2

34

f,a

FyF

Fc

lichid de racire

3 2

76

np

1

8 9

5 4

Fig. 3.213. Schema introducerii vibraţiilor

ultrasonore în piatra de rectificat:

1 – pisa; 2 – concentrator de energie ultrasonoră; 3 – flanşă nodală; 4 – traductor; 5 – izolant acustic; 6 – diagrama de variaţie a amplitudinii vitezei particulei; 7 – piatră de rectificat; 8 – butuc; 9 – răşină epoxidică.

Fig. 3.212. Sistem ultraacustic utilizat la prelucrarea prin rabotare folosind vibraţii transversale:

1 – piesa de prelucrat; 2 – scula aşchietoare; 3 – concentrator; 4 – transductor.

Rectificarea în câmp ultrasonor folosind unde transversale

Schema de principiu la rectificare plană cu introducerea vibraţiilor în direcţie transversală

se prezintă în figura 3.213.

f,a

12 3 4

Fig. 3.214. Schema de principiu la rectificarea plană.:

1 – direcţia de oscilare; 2 – scula aşchietoare; 3 – concentrator;4 – transductor

La rectificarea cu vibraţii ultrasonore, mişcării de rotaţie a pietrei i se suprapune mişcarea vibratorie a piesei, astfel că o granulă de abraziv descrie o curbă de mişcare cu diferite traiectorii. La rectificarea pe direcţia avansului şi rectificarea pe direcţia normală cursa de rectificare este:

(3.227)în care: Ln este lungimea de prelucrat; v – viteza de prelucrare ; tR – timpul necesar.

În figura 3.214 se prezintă introducerea vibraţiilor transversale la rectificarea plană a unei piese.

Sisteme ultraacustice care utilizează vibraţii de torsiune

Sistemele ultraacustice cu vibraţii torsionale pot fi utilizate la diferite prelucrări în

vederea orientării oscilaţiilor după direcţia forţei Fc (în acest caz mişcarea vârfului cuţitului după

un arc de cerc cu lungimea de 10…20m este aproximată cu o mişcare rectilinie pe direcţia

forţei Fc). Acestea pot fi acţionate de transductoarele torsionale (fig. 3.216 şi fig. 3.217), de

lanţuri acustice longitudinale ce acţionează excentric în punctele ventrale ale unui concentrator

torsional sau de lanţuri acustice torsionale ce acţionează în punctele nodale ale unui cuţit căruia

i se imprimă astfel vibraţii transversale în planul XOY. Sistemele ultraacustice torsionale oferă

avantajul introducerii vibraţiilor ultrasonore după direcţia forţei Fc, la unele prelucrări unde

acestea nu se pot realiza prin alte construcţii: alezare, găurirea materialelor dure (fig. 3.218),

frezare etc., precum şi avantajul realizării construcţiei în plan orizontal în cazul strunjirii

cilindrice exterioare. Ca principale dezavantaje se poate menţiona complexitatea construcţiei

acestor sisteme şi dificultăţile întâmpinate la acordarea lor pe frecvenţa de rezonanţă.

ps

2

1

3 ns

ab 1 32

ns

2

c

1

ns

ps

3

a

Vr max

tR

Vr min

A

Dn1000

af601000cos

t

t R

vpvs

vr

v

1

b c

a

a

Fig. 3.215. Schema introducerii vibraţiilor ultrasonore în piesă:

a – în direcţia avansului; b – în direcţia tangenţială; c – în direcţia normală; 1 – piesa de

prelucrat; 2 – concentrator de ultrasunete; 3 – piatră de rectificat.

Strunjirea în câmp ultrasonor cu vibraţii torsionale

Schema de principiu la strunjire folosind vibraţii de torsiune se prezintă în figurile 3.33 şi

3.34. Avantajele acestui mod de introducere a oscilaţiilor îl prezintă calitatea suprafeţei obţinute.

1

n

2

3

4

1 2 3 3'

4

f,a

n

Fig. 3.216. Sistem ultraacustic utilizat la

prelucrarea prin strunjire folosind vibraţii

torsionale:

1 – piesa de prelucrat; 2 – scula aşchietoare; 3 – concentrator; 4 – transductor.

Fig. 3.217. Sistem ultraacustic utilizat la

prelucrarea prin strunjire folosind vibraţii

torsionale:

1 – piesa de prelucrat; 2 – scula aşchietoare; 3’ – concentrator; 4 – transductor.

Influenţa parametrilor mişcării oscilatorii este tratată în lucrările lui N. Ionescu, J. Kumabe şi A. J. Markov. Comparativ cu valoarea obţinută la rabotarea convenţională a alumimului (Rmax =4,5m), în câmp ultrasonor (=18,4kHz; a = 0…10,2m; vc = 0,2m/mm, ap = 0,05mm; b =1,5mm; cuţit încovoietor cu =22) rugozitatea a fost mai mică (fig.3.254).

Creşterea calităţii suprafeţei la creşterea amplitudinii vibraţiilor a fost pusă în evidenţă de multi cercetatori la strunjirea alummiului, oţelului carbon şi a celui aliat.(fig. 3.255)

Fig. 3.253. Dependenţa rugozităţii suprafeţelor prelucrate de amplitudinea oscilaţiilor.ap = 0,1mm; vc =14,45 m/min; f = 0,06 mm/rot; k = 75; r = 1,5mm; kr = 15; = 20 kHz.

Fig. 3.254. Dependenţa rugozităţii, forţei şi abaterii de la circularitate funcţie de amplitudinea oscilaţiilor pentru OL 37.f = 0,06mm/rot; vc = 14,45 m/min; k = 75; k1 = 15; ap =0,1mm; r =1,5mm; = 20 kHz

Fig. 3.255. Dependenţa rugozităţii, forţei şi abaterii de la circularitate funcţie de amplitudinea oscilaţiilor.

Definirea găuririi cu ajutorul ultrasunetelor şi fenomene caracteristice acesteia

Găurirea cu ajutorul ultrasunetelor este un procedeu care permite obţinerea unor orificiicu

secţiuni transversale diverse, dar constante, după traiectorii rectilinii sau curbilinii,în

semifabricate din materiale metalice şi nemetalice.

0 2 4 6 8 10

2

4

6

8

A [m]

R

[

m]

max

Pentru toate cele trei materiale studiate, forţa de aşchiere scade odată cu creşterea amplitudinii oscilaţiilor. O reducere accentuată are loc prin modificarea amplitudinii de la 0 la 5 m. În intervalul 5…15 m forţa de aşchiere continuă să scadă iar la amplitudini de peste 15 m reducerea în continuare a forţei principale de aşchiere este nesemnificativă. S-a lucrat în condiţiile: f = 0,06mm/rot; vc = 14,45 m/min; k = 75; k1 = 15; ap

=0,1mm; r =1,5mm; = 20 kHz (fig. 3.256)

Fig. 3.256. Dependenţa rugozităţii suprafeţei prelucrate de amplitudinea vibraţiilor, la rabotarea cu ultrasunete a aluminiului.

Caracterizarea tehnologică a găuririi cu ajutorul ultrasunetelor

În urma cercetărilor, s-a ajuns la concluzia că există următoarele modalităţi prin care

serealizează prelevarea de material din semifabricat:

datorită antrenării în mişcare vibratorie, o parte din granulele suficient de ascuţiteşi aflate în

apropierea suprafeţei semifabricatului vor contribui la înlăturarea unor microaşchii, realizându-

se astfel un proces de microaşchiere ;

apăsarea unor granule abrazive pe suprafaţa semifabricatului de către pseudosculăsau pur şi

simplu lovirea acestuia de către granulele antrenate în mişcarea de vibraţie se vasolda, mai

întâi, cu fenomene de microfisurare şi, ulterior cu unirea unor astfel de microfisuri, ceea ce va

determina desprinderea unor mici porţiuni din materialul semifabricatului;

fenomenele de cavitaţie pot determina desprinderea unor microgranule din materialul

semifabricatului.Fenomenul de cavitaţie se concretizează, mai întâi, prin ruperea lichidului în

bule de dimensiuni microscopice; ulterior, la refacerea integrităţii masei de lichid, iau

naşteretemperaturi şi presiuni locale ridicate, aspecte de natură să genereze microfisuri prin

unireacărora vom avea o prelevare suplimentară de material din semifabricat.

Productivitatea şi precizia prelucrării cu ajutorul ultrasunetelor este mult influenţată de

erorile de fixare a sculei. Pentru a fi evitate aceste erori, s-au folosit, într-o perioadă,

concentratoarele monobloc, dar această soluţie nu este economică, deoarece sunt

necesareconcentratoare specifice fiecărui tip de prelucrare, chiar pentru o aceeaşi prelucrare,

dar având parametri constructivi diferiţi. Un simplu exemplu îl constituie microgăurirea cu

ajutorul ultrasunetelor, care va necesita concentratoare diferite pentru diametre diferite ale

găurilor.

O metoda de prelucrare a fibrei optice folosind găurirea ultrasonică a fost brevetată de

un grup de inventatori japonezi (Tajima Katsusuke, Ohashi Masaharu, Kurokawa enji, Nakajima

Kazuhide, Yoshizawa Nobuyuki, brevet 20030136154,Method for manufacturing optical fiber

using ultrasonic drill , publicat în 2003.

Abordarea sistemică a procesului de găurire cu ajutorul ultrasunetelor

În vederea analizării influenţei principalilor parametri de proces asupra productivităţiişi

calităţii găuririi cu ajutorul ultrasunetelor, s-a recurs, mai întâi la o abordare sistemică a

procesului.

La găurirea cu ajutorul ultrasunetelor înlăturarea materialului se datorează acţiunii combinate a

patru procese distincte:

microaşchiere, datorată lovirii suprafeţei semifabricatului de către particuleleabrazive

antrenate în mişcare vibratorie, împreună cu soluţia apoasă (mişcare provocată desculă);

microfisurare, generată de impactul particulelor abrazive libere cu suprafaţa de lucru;

fenomenul de cavitaţie;

eventuala acţiune chimică a fluidului folosit.

Principalele variabile care influenţează, pe de o parte, productivitatea prelucrării, iar pede altă

parte rugozitatea şi precizia suprafeţei prelucrate, sunt:

amplitudinea oscilaţiei sculei;

forţa de impact;

dimensiunile granulelor abrazive.

În lucrarea „ Influenţa principalilor parametri asupra vitezei de avans la prelucrarea cu

unde ultrasonice folosind rotirea mesei

”, prezentată de Gabriel Mălaimare o la conferinţa dela Timişoara din anul 2001, acesta a avut

în vedere o metoda de anchetare a unor specialiştidin domeniu. În urma acestei analize, acesta

evidenţiază [102] următoarea ierarhie a parametrilor ce exercită asupra procesului tehnologic:

Tensiunea de alimentare;

Turaţia de antrenare a mesei;

Frecvenţa de lucru;

Presiunea sculei asupra piesei;

Granulaţia abrazivului folosit;

Duritatea materialului abraziv folosit;

Duritatea materialului sculei;

Forma geometrică a sculei.

În cadrul experimentelor dezvoltate de autoarea prezentei lucrări în legătură găurirea

cuajutorul ultrasunetelor, au fost luaţi în consideraţie următorii parametri de intrare:

puterea;

caracteristicile semifabricatului;

caracteristicile concentratorului;

caracteristicile granulelor abrazive;

caracteristicile soluţiei abrazive;

caracteristicile mişcării relative sculă- semifabricat;

presiunea de contact;

recirculaţia granulelor;

frecvenţa;

interstiţiul de lucru.

În timpul prelucrării, pot apărea modificări ale valorilor amplitudinii, granulaţiaabrazivului poate

scădea dacă recirculaţia nu este realizată corespunzător; în funcţie deduritatea materialul

abraziv şi de cea a materialului semifabricatului, apare uzura sculei. Dat fiind faptul că se pot

calcula şi menţine valori aproximative ale factorilor ce influenţează procesul de prelucrare,

aceştia sunt încadraţi în analiza sistemică drept factori de mediu.Influenţa variaţiei

proprietăţilor aemifabricatului şi a parametrilor electrici nu poate fi estimată şi astfel aceşti doi

factori vor fi consideraţi factori perturbatori.

Figura 2.4 Corelaţia dintre parametrii procesului de găurire ultrasonică

Corelaţiile şi măsura în care aceşti factori influenţează procesul de prelucrare poate

fi evidenţiată prin valorile parametrilor de ieşire, care, în cazul de faţă, sunt:

rugozitatea suprafeţei prelucrate;

productivitatea procesului de găurire ultrasonică;

uzura granulelor abrazive;

costul prelucrării;

impurificarea soluţiei abrazive;

grosimea stratului afectat de prelucrare (termic, mecanic);

uzura sculei.

În figura poate fi observată o reprezentare grafică ce include factorii specifici unei analize

sistemice a procesului de găurire cu ajutorul ultrasunetelor.

Scheme de prelucrare pentru găurire ultrasonică

Schema de prelucrare din figura 2 corespunde realizării unei găuriri cu ajutorulultrasunetelor. Partea de sistem ce asigură realizarea mişcării de lucru de către semifabricat este similară celei din figura 3.

Figura 2.9 Schema de prelucrare în cazul găuririi

Pe masa de lucru 13 este amplasat un recipient cu soluţia ce conţine în suspensiegranule

abrazive. Deoarece se are in vedere o microgăurire, semifabricatul este amplasat peo şaibă. Din

considerente economice, pentru fixarea semifabricatului se folosesc aceleaşi bride şi şuruburi

ca şi în cazul schemei din figura 2.9. Semifabricatul este prins întrerondeaua 17 şi două piese

dreptunghiulare 18, care asigură contactul cu cele două bride.

Soluţia constructivă a fost brevetată iar autoarea prezentei lucrări a fost înscrisă

încalitate de prim autor al brevetului numărul 122529, Dispozitiv pentru orientarea şi

fixarea semifabricatului la găurirea cu ajutorul ultrasunetelor . Dispozitivul a fost utilizat în

experimentele de găurire cu ajutorul ultrasunetelor.

Sistemul descris anterior poate fi folosit pentru toate microprelucrările, dar şi

pentru prelucrări ce necesită forţe mai mari decât cele specifice microprelucrărilor. În cel de

aldoilea caz, se recomandă ca bridele şi piesele dreptunghiulare să constituie o singură

piesă, pentru a evita erorile de prindere şi mai ales cele de fixare a semifabricatului în

vederea prelucrării.

Contribuţii experimentale privind procesul de găurire cu ajutorul ultrasunetelor

Condiţii de realizare a experimentelor de găurire cu ajutorulultrasunetelor şi rezultate

preliminare

Experimentele de găurire cu ajutorul ultrasunetelor au fost realizate în

cadrulLaboratorului de Tehnologii al Facultăţii IMST din Universitatea POLITEHNICA Bucuresti.

În cadrul experimentelor preliminare, s-au folosit două tipuri de material abraziv,carbura de

siliciu neagră-21C şi carbura de siliciu verde – 22, la granulaţii de 100, 400 şi 800.

Se menţionează faptul că numărul ce indică granulaţia unui material abrazivcorespunde

numărului de ochiuri pe un inch pătrat al sitei cu care s-a efectuat cernerea granulelor abrazive:

cu cât acest număr este mai mare, cu atât granulele au dimensiuni mai mici. În acest fel, dintre

materialele abrazive utilizate în cadrul încercărilor experimentalecele cu o granulaţie de 800 au

granule cu dimensiuni mai mici decât cele corespunzătoaregranulaţiilor de 100 sau 400.

Carbura de siliciu neagră - 21C

este un material abraziv foarte dur, dar friabil, cu conţinut ridicat de SiC si muchii ascuţite. Se

recomandă la prelucrarea materialelor metaliceşi nemetalice cu rezistenţă la tracţiune scăzută,

cum ar fi: fonta, alama, cuprul, aluminiul, porţelanul etc.

Carbura de siliciu verde - 22C

este un material abraziv foarte dur şi casant, cu muchiiascuţite, recomandat în mod deosebit la

prelucrarea carburilor metalice, a sticlei, ceramicii şi fontei. Concentraţia soluţiei abrazive

utilizate a fost de 40%, atât în cercetările experimentale preliminare, cât şi în cele finale.

Încercările experimentale privind găurirea cu ajutorul ultrasunetelor s-au efectuat pe

epruvete din sticlă obişnuită şi respectiv pe epruvete din sticlă pyrex; în practica industrială

se întâlnesc uneori situaţii în care este necesară executarea unor găuri în piese din

asemeneamateriale şi prelucrarea cu ajutorul ultrasunetelor este una dintre soluţiile

tehnologice denatură să permită realizarea prelucrării.

Sticla obişnuită este considerată a fi un amestec în stare amorfă de dioxid de siliciu

şisilicaţi ai unor metale. O compoziţie aproximativă a unei asemenea sticle pe bază de sodiueste

indicată de formula chimică 6SiO 2 CaO Na 2O. Sticla obişnuită se caracterizează ∙ ∙

printransparenţă, fragilitate, rezistenţă mecanică şi duritate mare, şi respectiv un coeficient

dedilatare scăzut.

Duritatea sticlei este de circa 2,52 g/mm 3 , iar modulul lui Young are, în cazul sticlei, o

valoare de 72 GPa. Capacitatea calorică a sticlei este de 49 J/mol k. ∙ Sticla Pirex sau Pyrex-ul a

fost (81% SiO 2, 12,5% B 2 O 3 , 4% Na2O, 2,2% Al 2 O 3 ,0,02CaO, 0,06% k 2 O) a fost produsă

pentru prima oară de către Cornians Incorporated, în1915. În esenţă, ea este realizată dintr - un

borosilicat şi se caracterizează în primul rând printr- o rezistenţă ridicată la şocuri termice.

Densitatea sticlei Pyrex este de 2,235 g/cm 3 , fiind deci puţin mai mare decât cea a sticlei

obişnuite Modulul lui Young are o valoare de 65 GPa.La realizarea experimentelor preliminare,

s-au folosit scule realizate din cozi de burghie cu diametre de 0,5, 0,6, 0,9, 1,3 şi 2 mm. S -a

filetat capătul concentratorului pentru a permite fixarea burghiului cu o bucşă elastică şi o

piuliţă. Presiunea de lucru adoptată a avutvalori cuprinse între 0,5 şi 1,5 N/mm 2 .Utilizarea

cozilor de burghie în calitate de scule pentru prelucrarea găurilor cilindricecu ajutorul

ultrasunetelor, a fost determinată de faptul că, acestea sunt realizate din materialecu o duritate

ridicată şi, totodată, datorită unei bune precizii dimensionale şi de formă dar şirugozităţii

scăzute a suprafeţelor exterioare a burghielor obţinute prin rectificare.

Asigurarea perpendicularităţii suprafeţei frontale a sculei cilindrice pe axa acesteia a fost

posibilă prinrectificare frontală cu un disc diamantat.

S- au obţinut valori mari ale adâncimii găurilor, atât în epruvetele din sticlă obişnuităcât

şi în cele din pyrex, pentru valori mici ale diametrelor burghielor, la valori medii ale presiunii de

lucru.În timpul cercetărilor experimentale s-au constatat o serie de probleme. Astfel, la

o presiune de 1,5 N/mm2 scula cu diametrul de 0,5 mm s-a rupt după 12 s.

La aceeaşi valoare a presiunii, s-au sudat o serie de scule cu diametrul de 1,3 mm de

bucşa elastică şi piuliţă. Găurirea cu o sculă având un diametru de 2 mm la o presiune de

1,5 N/mm2 a condus la ruperea concentratorului la limita superioară a zonei filetate Imagini cu

aspectul corespunzător zonei superioare a găurilor, prelucrate la regimuri diferite, sunt

prezentate în figura 4.4; aceste imagini ele au fost realizate cu microscopul IntelPlay, la o mărire

de 60 de ori.

Astfel, în urma efectuării experimentelor preliminare şi a consultării literaturii de

specialitate, s-a stabilit o valoare a presiunii de contact de 1MPa.S- a decis ca experimentele să

se realizeze cu scule având diametre de 0,6, 1,3 şi 2 m. S-a utilizat o combinaţie în procente

egale a celor 2 materiale abrazive, 21C şi 22C (50% 21C+ 50% 22C = 50C), la granulaţii de 400

respectiv 800.

Mişcarea de lucru este realizată de către piesă cu ajutorul unui arc, pe o distanţă relativmică.

Pentru cunoaşterea forţei de apăsare exercitate de către arcul comprimat, s-a recurs la o

operaţie de etalonare înainte de efectuarea experimentelor.

Ecuaţia de regresie (4.1) evidenţiază relaţia de dependenţă dintre forţa de lucru

şicomprimarea arcului şi ea a fost obţinută prin prelucrarea datelor din tabelul 4.2 cu

ajutorulunui software specializat.

În vederea menţinerii presiunii constante pentru cele trei valori ale suprafeţelor de lucru

corespunzătoare celor trei diametre ale sculelor cilindrice s-a calculat forţa de lucru cu relaţia

4.2.

F =р*A

în care,

- p este presiunea de lucru [N/mm2];

- A- aria suprafeţei de lucru [mm2];

Tabelul 4.3 include valorile următorilor parametri:

-d – diametrul sculei;

- A – aria suprafeţei de lucru, în cazul celor trei scule cilindrice cu diametre diferite;

- p – presiunea de contact;

- F – forţa de lucru;

- Δl –comprimarea arcului (deplasarea mesei împreună cu semifabricatul, pentru aasigurarea o

presiune de valoare precizată).

În urma calculelor efectuate, s-au realizat experimentele de găurire ultrasonică dupăcum

urmează:

pentru un diametru al sculei de 0,6 mm, s-a realizat comprimarea arcului cu 2 mm pentru

asigurarea forţei de lucru de 0,28 N;

pentru un diametru al sculei de 1,3 mm, s-a aplicat o forţa de lucru de 1,32 N printr

-ocomprimare a arcului de 10 mm;

pentru un diametru al sculei de 2mm, arcul a fost comprimat cu 23 mm, pentru a

dezvolta în zona de lucru o forţa 3,14 N.

Adâncimea găurilor a fost măsurată cu ajutorul unei tije cilindrice având diametrul de0,5 mm

ataşate unui comparator cu cadran.În esenţă, iniţial s-a adus tija cilindrică a comparatorului în

contact cu suprafaţasuperioară netedă a epruvetei şi s-a recurs la reglarea la zero a

comparatorului , ulterior, prindeplasarea epruvetei, s-a introdus tija cilindrică a comparatorului

în gaura prelucrată,citindu-se pe comparator o valoare corespunzătoare adâncimii găurii

prelucrate.

Pentru eliminarea într-o măsură cât mai mare a erorilor ce pot apărea atât în timpul

experimentelor, cât şi în procesul de măsurare a adâncimi găurilor s-au efectuat un număr

detrei experimente pentru aceeaşi combinaţie a valorilor parametrilor de lucru şi s-au luat în

calcul la prelucrarea datelor experimentale valorile medii obţinute astfel. S-au realizat un număr

total de 72 de găuri, în epruvete din pyrex şi sticlă.

Analiza şi modelarea matematică cu ajutorul programuluiDataFit a datelor

experimentale obţinute prin găurire ultrasonică a epruvetelor din pyrex

Condiţiile de efectuare a încercărilor experimentale şi adâncimilor găurilor obţinute înaceste

condiţii în epruvete din prezentate în tabelul

Aşa cum se poate observa,încercările experimentale s-au efectuat folosindu-se valori

distincte ale variabilelor independente luate în considerare (diametrul d al sculelor cilindrice

granulaţia g a a materialului abraziv şi t timpul de lucru).

Adâncimile găurilor au fost determinate folosindu

-se schema de lucru prezentată în figura 4.5.

Legătură semnificativă între variabilele independente (d, gr, t ) şi variabila dependent (h

s) este confirmată de valoarea coeficientului de determinaţie multiplă

- R2 ,care are o valoare de 0,887188414 (Tabelul 4.6); se poate afirma că 88,71% din variaţia

adâncimiigăurii obţinute prin prelucrare ultrasonic este determinată de variaţia diametrului

sculei.

Ecuaţia dreptei de regresie (Relaţia 4.3) este o funcţie de gradul I descrescătoare (a < 0)ce

sintetizează corelaţiile dintre variabilele independente (diametrul sculei, granulaţiamaterialului

abraziv, timpul de lucru) şi variabila dependent (adâncimea găurii):

în care:

hpcreprezintă valoarea calculată pentru adâncimea găurii în pyrex, [mm];

ds –diametrul sculei [mm];

g a –granulaţia materialului abraziv;

t – timpul de lucru [s];

Relaţia 4.3 evidenţiază faptul că adâncimea găurii realizate cu ajutorul ultrasunetelor în pyrex

va creşte cu scăderea diametrului sculei – d s şi a numărului corespunzător granulaţiei

materialului abraziv – ga şi va creşte la mărirea timpului de lucru t .

Verificarea unui model de regresie implică determinarea erorilor standard, utilizarea unui

test Fisher (F) de analiză a variaţiei variabilelor şi determinarea valorilor unui test Student (t)

de verificare a semnificaţiei parametrilor regresiei.

Se observă că valoarea calculata pentru F (20,97156738) este semnificativă şi valoarea

Prob(F) , corespunzătoare statisticii F este mică (0,00038 < 0,05), ceea ce evidenţiază orelaţie

liniară semnificativă între variabile.

Influenţa parametrilor de lucru asupra adâncimii găurilor prelucrate ultrasonic în

epruvetele din pyrex

Pentru evidenţierea influenţei diametrului sculei asupra adâncimii găurii obţinute , s-au

avut în vedere valori constante ale granulaţiei şi timpului de lucru.

Conform informaţiilor din figura 4.8, la o creştere a diametrului sculei, se va

înregistrascăderea adâncimii găurii. Reprezentarea grafică a fost realizată pentru a facilita

comparaţiaîntre influenţa diametrului pentru diferite valori ale parametrilor timp şi granulaţie.

Era de aşteptat ca la creşterea diametrului sculei să se reducă productivitatea

procesuluide găurire cu ajutorul ultrasunetelor, în primul rând datorită unei pătrunderi mai

dificile agranulelor în zona de lucru şi al unei evacuări îngreunate a materialului metalic detaşat.

La realizarea graficului din figura 4.9 s-a avut în vedere ilustrarea influenţei exercitatede

către granulaţia materialului abraziv asupra productivităţii prelucrării, prin luarea

înconsiderarea a adâncimii găurii realizate într-un anumit interval de timp. Se evidenţiază

căadâncimi mari ale găurilor se înregistrează la valori mici ale granulaţiei – 400 (în realitate,

ladimensiuni mai mari ale granulelor abrazive). Faptul poate fi explicat prin capacitatea mai

ridicată a granulelor abrazive de dimensiuni mari de a contribui la prelevarea de material prin

procese de microaşchiere şi microfisurare.

Adâncimea găurii prelucrate cu ajutorul ultrasunetelor în epruvete din pyrex creste

încondiţiile creşterii timpului de lucru la menţinerii constante a valorilor diametrului

şigranulaţiei aşa cum se poate constata din diagrama prezentată în figura 4.10. Este posibil

caodată cu creşterea adâncimii, viteza de pătrundere a sculei în materialul semifabricatului săse

reducă, dar în cazul epruvetelor din pyrex de grosime redusă nu a fost posibilăevidenţierea

acestui fapt.

Pentru a evidenţia influenţa cumulată a câte doi parametri de lucru asupra

adâncimiigăurii în epruvetele din pyrex, au fost folosite valori constante ale diametrului (Figura.

4.11),timpului de lucru (Figura. 4.12) şi granulaţiei (Figura 4.13). Cea mai mare valoare a

adâncimii găurii

-3,3 mm se obţin la un diametru al sculei de 0,6 mm şi cea mai mică

- 0,07mm la prelucrarea cu sculă ce are un diametru de 2 mm.

Figura 4.11 Influenţa variaţiei timpului de lucru şi a granulaţiei materialului abraziv asupra adâncimii găurii la ovaloare constantă a diametrului sculei

Se poate constata că valorile adâncimii găurii ating cea mai mică valoare la undiametru al sculei

de 2 mm şi o valoare mare a granulaţiei - 800, în condiţiile unei durate a prelucrării de 15 s.

Figura. 4.13 Influenţa variaţiei diametrului sculei şi a timpului de lucru asupra adâncimii

găurii la o valoare constantă a granulaţiei, în cazul epruvetelor din pyrex

Reprezentările grafice în trei dimensiuni confirmă rezultatele obţinute la

studiulinfluenţei exercitate separat de către fiecare variabilă independentă. Datele

experimentale

Sunt în concordanţă cu cele din literatura de specialitate, pentru condiţii de lucru similare.

Era normal ca o valoare mare a numărului corespunzător granulaţiei să conducă la

odiminuare a productivităţii prelucrării, prin reducerea adâncimii găurii obţinute

într-un anumit interval de timp, în comparaţie cu adâncimea găurii care s-a obţinut la

folosireagranulelor de dimensiuni mai mari, în acelaşi interval de timp.

Valorile adâncimii găurilor obţinute în urma prelucrării cu ajutorul ultrasunetelor a

Epruvetel or din pyrex sunt mai mici la folosirea unui material abraziv cu o granulaţie de 800şi

faptul ar putea fi justificat prin proprietăţile fizico - mecanice oarecum diferite ale acestui

material în raport cu cele specifice sticlei obişnuite.

Datele înregistrate la experimentele de găurire cu ajutorul ultrasunetelor au

fost prelucrate cu ajutorul programului DataFit în vederea analizării influenţei

principalilor parametri de proces asupra productivităţii şi calităţii găuririi şi stabilirea unor

regimurioptime de prelucrare. Veridicitatea corelaţiilor a fost verificată cu programul SPSS prin

realizarea analizei factoriale a corespondențelor multiple.În corelaţie cu performanţele tehno –

economice realizate pe plan mondial în domeniul prelucrării cu ultrasunete, pe baza anchetelor

efectuate de institutele de specialitate, se pot enumera următoarele perspective de extindere a

cercetărilor:

1. Se prevede realizarea de noi soluţii constructive pentru îmbunătăţirea dispozitivelor şi

echipamentelor din cadrul Laboratorului de Tehnologii Neconvenţionale;

2. Se manifestă preocupare pentru utilizarea procedeelor combinate, fie a procedeelor

neconvenţionale (electrochimice – ultrasunete, electroeroziune – ultrasunete, laser –

ultrasunete etc.) fie a procedeelor de prelucrare clasice cu ultrasunete;

3. Se are în vedere extinderea cercetărilor experimentale de găurire cu ajutorul ultrasunetelor

pe alte categorii de materiale

1. ACTIVAREA CU ULTRASUNETE A UNOR PROCEDEE DE PRELUCRARE PRIN AŞCHIERE

La utilizarea procedeelor tehnologice de prelucrare mecanică intervin forţe de frecare de valori

mari care au, în general, efecte negative asupra preciziei de prelucrare, uzurii sculelor,

consumului energetic, costului prelucrării, etc. Reducerea acestor forţe se realizează în condiţii

convenţionale de lucru prin: geometria sculei, mediul de lucru, regimul de prelucrare, etc.

Un procedeu neconvenţional de reducere a forţelor de frecare este acela de activare cu

ultrasunete a cel puţin uneia din componentele active ale sistemului tehnologic. Strunjirea, dar

mai ales burghierea şi filetarea cu tarodul / filiera sunt procedee de prelucrare mecanică la care

reducerea momentului de aşchiere este un deziderat de foarte mare importanţă, ceea ce a

condus la canalizarea cercetărilor şi în direcţia stabilirii efectelor produse de activarea

ultrasonică a sculei, respectiv semifabricatului în cazul acestor procedee de prelucrare.

1.1. Cercetări privind activarea ultrasonică a proceselor de filetare

1.1.1. Concepţia standului experimental pentru studiul activării ultrasonice în cazul filetării

În figura 2.1 se prezintă, printr-o schemă principială, concepţia standului experimental destinat

studiului proceselor de filetare cu tarodul/filiera. Dispozitivul de adaptare 5 montat în

extremitatea concentratorului ultrasonic 6 permite următoarele:

Montarea unui tarod, în cazul filetării interioare;

Montarea unui semifabricat în cazul filetării exterioare.

Figura 2.1.

Semifabricatul 2, în cazul tarodării, sau scula în cazul filetării cu filiera, se montează cu ajutorul

şurubului 1 în partea interioară a tamburului 7 pe care este înfăşurat cablul 8 prin intermediul

căruia se face antrenarea tamburului în mişcare de rotaţie. Pentru a produce un moment de

torsine eliminând totodată forţele datorate tensiunii din cablu, forţa care acţionează

dispozitivul se aplică ambelor capete ale cablului. În acest scop unul din capete este trecut

peste rola 11 care are rolul de a schimba sensul tensiunii pe una din ramurile cablului 8, ceea ce

va elimina solicitarea tamburului pe direcţia de aplicare a forţei de acţionare F. Momentul de

torsiune este determinat de diametrul tamburului şi de forţa de acţionare F aplicată cablului cu

ajutorul barei 10 şi măsurată de dinamometrul 9.

Sistemul experimental mai cuprinde un generator de ultrasunete, respectiv blocul ultrasonic

(format din transductor cu ferită, concentrator ultrasonic şi sonotrod adaptat montării sculei,

respectiv piesei) folosit pentru activarea ultrasonică a piesei şi/sau sculei. Sistemul permite

activarea ultrasonică la următorii parametri:

Puterea maximă a generatorului ultrasonic: 100 W

Curentul de activare ultrasonică: 0 ... 2,5 A

Frecvenţa reglabilă continuu între 18 ... 22 kHz.

1.1.2. Cercetări experimentale privind filetarea cu tarodul în condiţiile activării ultrasonice

Sistemul experimental permite realizarea unui amplu program experimental privind influenţa

diferiţilor factori asupra procesului de filetare activată ultrasonică. În cazul filetării cu tarodul,

principalii factori luaţi în considerare au fost:

- diametrul iniţial al găurii filetate, Din

- grosimea semifabricatului, g

- numărul de spire filetate, n

- materialul semifabricatului

- mediul de lucru

- puterea de activare ultrasonică.

Determinările experimentale au vizat influenţa acestor factori asupra momentului de torsiune

necesar filetării, M.

În figura 2.2 este prezentată variaţia momentului de torsiune M în funcţie de numărul de spire

filetate, n. Se observă existenţa unui maxim Mmax, care este specific pentru semifabricate de o

anumită grosime g, lucru evidenţiat de figura 2.3. Condiţiile de aşchiere au fost: semifabricat

din oţel OL37, tarod M4 nr.1, diametrul iniţial al găurii Din=3.25 mm, ungere cu ulei mineral.

În aceleaşi condiţii, momentul de torsiune - şi în special cel maxim - este afectat semnificativ în

cazul activării ultrasonice a tarodului (figura 2.4). Condiţiile de aşchiere sunt cele menţionate

anterior, cu menţiunea că activarea ultrasonică s-a făcut cu o putere de 15 W. Momentul

maxim de torsiune scade pe măsură ce puterea de activare ultrasonică creşte (figura 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

n [step]

M [N

m]

Figura 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

g [mm]

Mm

ax

[Nm

]

Figura 2.3.

1 2 3 4 5 6 70.5

1

1.5

2

2.5

3

n [step]

M [N

m]

Figure 2.4. Momentul de torsiune pentru:

* aşchiere convenţionalăo aşchiere activată ultrasonic

0 5 10 15 20 25 30 35 400.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

P [W]

Mm

[Nm

]

Figura 2.5.

Reducerea momentului de torsiune este favorabilă siguranţei procesului de filetare şi creşterii

duratei de utilizare a sculei. Totuşi, puterea de activare ultrasonică trebuie corelată cu

dimensiunea tarodului. Astfel, pentru un tarod M4 este recomandată o putere de activare

ultrasonică în jurul valorilor de 15 … 20 W, iar pentru un tarod M5 o putere de cca. 30 … 40 W.

Pentru un tarod M4, la o putere de activare ultrasonică de 60 W s-a constatat că momentul de

torsiune necesar filetării a acăzut foarte mult, dar la prelucrarea imediat următoare scula s-a

rupt.

4.1 4.2 4.3 4.4 4.50.5

1

1.5

2

2.5

3

Din [mm]

M [N

m]

Figura 2.6. Momentul de torsiune vs. diametrul iniţial:

o CuZn30* Al99 OL37+ Cu99.5

Cercetări similare s-au întreprins şi pentru semifabricate din alte materiale: aluminiu, cupru şi

alamă. În figura 2.6 sunt prezentate variaţiile momentului de torsiune în funcţie de diametrul

iniţial al găurii de filetat la filetarea cu tarodul M5, pentru diferite materiale prelucrate, iar în

figura 2.7 este reprezentată sintetic dependenţa globală a momentului de torsiune pentru

diferite materiale prelucrate prin filetare cu tarodul M4, utilizând diverse medii de lucru. Se

constată faptul că filetarea aluminiului şi a alamei se realizează în condiţii favorabile atât cu ulei

mineral, cât şi cu emulsie, pe când filetarea cuprului utilizând ungerea cu ulei mineral necesită

momente de torsiune mult mai însemnate.

Figura 2.7.

Cercetările privind filetarea cu tarodul în condiţiile activării ultrasonice au relevat următoarele:

Momentul de torsiune este variabil cu numărul de spire şi prezintă un maxim;

Activarea ultrasonică a tarodului conduce la reducerea semnificativă a momentului de

torsiune, dar puterea de activare trebuie corelată cu dimensiunile tarodului în scopul

evitării ruperii acestuia;

Diametrul iniţial al găurii de filetat influenţează semnificativ momentul de torsiune;

Materialul semifabricatului şi mediul de lucru influenţează semnificativ momentul de

torsiune.

1.1.3. Cercetări experimentale privind filetarea cu filiera în condiţiile activării ultrasonice

Pentru realizarea programului experimental s-a utilizat standul descris în figura 2.1, în care

poziţia 2 reprezintă scula, iar poziţia 3 reprezintă proba supusă prelucrării.

Figura 2.8.

În figura 2.8 este prezentat comparativ dependenţa momentului de torsiune în funcţie de tipul

de material prelucrat, mediul de lucru utilizat şi diametrul iniţial al tijei de filetat în condiţiile

filetării cu filiera M4. Cele mai bune rezultate s-au obţinut în cazul filetării cuprului utilizând

ungerea cu ulei mineral şi în cazul filetării alamei utilizând ungerea cu seu. În figura 2.9 sunt

prezentate variaţiile momentului de torsiune cu diametrul iniţial al tijei de filetat în cazul

oţelului OL37 şi alamei.

Figura 2.9.

Figura 2.10.

Figurile 2.10 şi 2.11 prezintă sintetic influenţa activării ultrasonice la filetarea cu filiera a

pieselor din oţel OL37 şi alamă, în toate cazurile evidenţiindu-se efectul pozitiv al activării

ultrasonice a piesei.

Figura 2.12 arată modul în care momentul de torsiune necesar filetării scade pe măsură ce se

utilizează curenţi de activare ultrasonică tot mai mari, iar figura 2.13 prezintă sintetic influenţa

diametrului iniţial al probei asupra momentului de torsiune, în condiţiile utilizării a diferite

medii de lucru. Probele au fost confecţionate din OL37, iar filiera a fost M4.

Figura 2.11.

Figure 2.12.

Figure 2.13.

De asemenea, activarea ultrasonică determină şi o micşorare a diametrului exterior al filetului

comparativ cu filetarea convenţională (figura 2.14), lucru explicabil prin reducerea

coeficientului de frecare.

Figure 2.14.

Cercetările privind filetarea cu filiera în condiţiile activării ultrasonice au relevat următoarele:

Activarea ultrasonică a piesei conduce la reducerea semnificativă a momentului de

torsiune;

Diametrul iniţial al tijei de filetat influenţează semnificativ momentul de torsiune;

Materialul semifabricatului şi mediul de lucru influenţează semnificativ momentul de

torsiune.

De asemenea, cercetările întreprinse au relevat faptul că sistemul experimental a răspuns

aşteptărilor în ceea ce priveşte măsurarea momentului de torsiune la filetarea cu filiera şi/sau

tarodul în diferite condiţii de lucru. Astfel, pentru fiecare situaţie se pot realiza cu un efort

minim experimente în scopul optimizării procesului de filetare şi creşterii siguranţei în

exploatare, mai ales în cazul filetării cu tarodul.

În ceea ce priveşte momentul de torsiune necesar filetării, principalele concluzii sunt

următoarele:

Standul experimental permite măsurarea precisă a momentului de torsiune;

Valoarea momentului de torsiune depinde de toţi factorii de influenţă analizaţi:

diametrul nominal al filetului, materialul semifabricatului, mediul de lucru, diametrul

iniţial al probelor, nivelul activării ultrasonice;

Activarea ultrasonică produce micşorarea momentului de torsiune necesar filetării;

La filetarea cu tarodul, creşterea excesivă a puterii de activare ultrasonică poate

conduce la ruperea tarodului;

La filetarea cu filiera activarea ultrasonică determină o micşorare a diametrului exterior

al filetului comparativ cu filetarea convenţională.

1.2. Cercetări privind activarea cu ultrasunete a cuţitului la operaţia de strunjire exterioară

1.2.1. Concepţia standului experimental pentru studiul activării cu ultrasunete a cuţitului la

operaţia de strunjire exterioară

In cazul operatiilor de aschiere intervin forţe de frecare de valori semnificative care au, în

general, efecte negative asupra preciziei de prelucrare, uzurii sculelor, consumului energetic,

costului prelucrării, etc. Reducerea forţelor de frecare se realizează în condiţii convenţionale de

lucru prin: geometria sculei, mediul de lucru, regimul de prelucrare, etc.

Un procedeu neconvenţional de reducere a forţelor de frecare la aschiere este acela de activare

cu ultrasunete a cel puţin uneia din componentele active ale sistemului tehnologic

(semifabricatul sau scula). In cazul strunjirii activarea ultrasonica este fezabila prin vibrarea

cutitului. Prezenta cercetare s-a axat pe studiul influentei regimului de activare ultrasonica la

operatiile de strunjire exterioara a suprafetelor cilindrice. Activarea ultrasonica a operatiei de

strunjire este insa posibila si la operatiile de strunjire interioara, respectiv a suprafetelor

frontale sau profilare.

Fig. 2.15.

În figura 2.15 se prezintă standul experimental realizat in vederea studiului activarii ultrasonice

a procesului de strunjire exterioara. Dispozitivul de adaptare montat în extremitatea

concentratorului ultrasonic permite:

Montarea unui cutit care sa execute oscilatii ultrasonice in plan orizontal – asa-numita

activare radiala – caz in care blocul ultrasonic este montat in pozitie orizontala,

perpendicular pe planul de lucru;

Montarea unui cutit care sa execute oscilatii ultrasonice in plan vertical – asa-numita

activare tangentiala – caz in care blocul ultrasonic este montat in pozitie virticala, parale

cu planul de lucru.

Strungul utilizat este destinat prelucrarilor pieselor de dimensiuni mici. Reglarea turatiei se face

continuu, iar avansul este reglat in trepte. Pentru activarea ultrasonica a sculei s-a utilizat un

bloc ultrasonic cu transductor tip ferita, alimentat de la un generator cu puterea maxima 100

W, cu frecventa reglabila continuu intre 18...22 kHz.

1.2.2. Cercetari experimentale privind influenta puterii de activare asupra puterii de aschiere si

a rugozitatii suprafetei prelucrate

Sistemul experimental permite realizarea unui amplu program experimental privind influenţa

diferiţilor factori asupra puterii si implicit a fortelor de aschiere la strunjirea activată ultrasonic.

A fost evidentiata, utilizind un profilometru electronic, si influenta activarii ultrasonice asupra

rugozitatii suprafetei prelucrate.

Principalii factori luaţi în considerare au fost:

Regimul de aschiere:

o Adincimea de aschiere

o Avansul longitudinal

o Viteza de aschiere

Regimul de activare ultrasonica:

o Putere de activare

o Ajustare frecventa

S-a constatat ca cea mai pregnanta influenta se obtine la activarea tangentiala a cutitului.

Cutitul de strung utilizat a fost din otel rapid Rp5, avind urmatoarele unghiuri constructive:

Unghiul de atac principal: γ=45˚

Unghiul de atac secundar: γ’=45˚

Unghiul de asezare: α=8˚

Unghiul de degajare: γ=0˚

In figura 2.16 este prezentată variaţia fortei de aschiere cu puterea de activare ultrasonica la

prelucrarea unor semifabricate din Al99,5 si CuZn39Pb2, cu urmatorul regimul de aschiere:

Adincimea de aschiere: t = 0,4 mm

Avansul longitudinal: s = 0,017 mm/rot

Viteza de aschiere: v = 30 m/min

Figura 2.16.

Figura 2.17.

In figura 2.17 este prezentata influenta puterii de activare asupra rugozitatii suprafetei

prelucrate, masurata cu un rugozimetru Brüel & Kjaer 6102, in aceleasi conditii de lucru.

Cercetările privind influenţa diferiţilor factori asupra fortelor de aschiere si rugozitatii suprafetei

prelucrate la strunjirea activată ultrasonic au relevat următoarele:

Fortele de aschiere scad cu cca. 50% la puteri de activare de peste 25-30 W, observindu-

se totodata o tendinta de aplatizare pentru puteri de activare de peste 40 W;

Rugozitatea suprafetei prelucrate este variabila mult cu puterea de activare şi prezintă

un maxim pentru puteri de activare de cca. 10 W in cazul strunjirii semifabricatelor din

aluminiu, respectiv 25 W in cazul strunjirii semifabricatelor din alama.

1.3. Cercetări privind activarea cu ultrasunete a procesului de burghiere

1.3.1. Concepţia standului experimental pentru studiul activării cu ultrasunete a burghiului

elicoidal

În figura 2.18 se prezintă, printr-o schemă principială, concepţia standului experimental

destinat studiului activarii ultrasonice a procesului de burghiere activata ultrasonica.

Semnificaţia notaţiilor folosite în figură este următoarea:

1. generator de ultrasunete (GUS 100);

2. strung pentru mecanică fină;

3. manetă pentru cuplarea motorului electric;

4. comutator pentru schimbarea sensului rotaţiei arborelui principal;

5. pârghie pentru cuplarea mişcării de avans;

6. universal;

7. obiectul prelucrării;

8. burghiu elicoidal;

9. păpuşă mobilă;

10. concentrator ultrasonic;

11. suport de adaptare pe strung a blocului ultrasonic;

12. transductor tip ferită;

13. variator electronic pentru reglarea tensiunii de alimentare;

14. comutator general;

15. comutator pentru treapta tensiunii de alimentare.

Figura 2.18

Burghiul folosit este de tip elicoidal şi este fixat în concentrator prin lipire într-o portsculă de

construcţie adecvată. Generatorul de ultrasunete GUS 100 permite reglarea continuă a

curentului de activare în domeniul 0...2A. De asemenea, generatorul permite şi reglarea

continuă a frecvenţei tensiunii debitate pe înfăşurarea transductorului în domeniul 18...22 kHz.

Sistemul prezentat permite determinarea puterii consumate de către motorul acţionării

principale în vederea estimării puterii de aşchiere la burghierea activată ultrasonic la diverse

regimuri de activare prin măsurarea intensităţii curentului electric şi a tensiunii de lucru cu

ajutorul unor instrumente de măsură de mare precizie.

1.3.2.Cercetari experimentale privind influenta puterii de activare asupra puterii de aschiere si a

rugozitatii suprafetei prelucrate

Cercetările au vizat stabilirea influenţei curentului de activare ultrasonică asupra puterii de

aşchiere şi rugozităţii suprafeţei prelucrate în condiţiile utilizării unei scule de tipul Burghiu 3,5

STAS 573-80/RP5. Probele prelucrate au fost din următoarele materiale: OL37, Al99,5, CuZn30,

Cu99,5. Puterea de aşchiere PA a fost determinată indirect, prin măsurarea puterii consumate

de motorul electric de curent continuu care acţionează strungul:

P U I U I WA S G [ ], (2.1)

în care: U V[ ] -tensiunea de alimentare a motorului;

I AS [ ] -curentul consumat în sarcină;

I AG [ ] -curentul consumat în gol.

Rugozitatea suprafeţei prelucrate R ma [ ] a fost măsurată cu un rugozimetru Brüel & Kjaer

6102. Pentru fiacare material s-a realizat cite un set de determinări experimentale ce au vizat

stabilirea influenţei activării ultrasonice asupra puterii de aşchiere şi rugozităţii suprafeţei

prelucrate.

Experimentările s-au desfăşurat urmărind etapizarea următoare:

se măsoară curentul consumat de motorul strungului în gol;

pe proba 1 a fost efectuată o burghiere în timpul căreia curentul de activare ultrasonică

a fost reglat succesiv la valorile de 2, 1,5, 1, 0,5, 0 A pe măsură ce burghiul pătrunde în

semifabricat cu 1 mm, lungimea totală a găurii prelucrate fiind deci de 5 mm; se măsoară

curentul consumat în sarcină de motorul strungului pe fiecare porţiune de 1mm;

proba 2 a fost prelucrată fără activare pe adâncimea de 5 mm; se măsoară curentul

consumat în sarcină de motor pe fiecare porţiune de 1mm;

proba 3 a fost prelucrată cu activare la I AUS 2 pe o adâncime de 5 mm;

se calculează puterile de aşchiere corespunzătoare probelor 1 şi 2;

se măsoară rugozităţile obţinute la prelucrarea probelor 2 şi 3.

Aceste date sunt prezentate sintetic în tabelul 1.

Tabelul 2.1. Activarea US la burghierea semifabricatelor din otel OL37.

Material probă: OL37; U=20,5V; IG=1,94A

Proba h[mm] IUS[A] IS[A] PA[W] Ra[m]

1 1 2,0 2,30 7,38

2 1,5 2,40 8,40

3 1,0 2,61 11,68

4 0,5 2,70 12,50

5 0 2,75 13,12

2 1 0 2,55 2,5

2 2,60

3 2,65

4 2,70

5 2,72

3 5 2,0 1,25

În figura 2.19 este prezentată curba de variaţie a puterii de aşchiere la găurirea oţelului în

funcţie de intensitatea curentului de activare ultrasonică. Regimul de aşchiere folosit pentru

toate prelucrările efectuate a fost următorul: t = 1,75 mm; s = 0,005 mm/rot; n = 1030 rot/min.

Celelalte seturi de determinări experimentale au vizat stabilirea influenţei activării ultrasonice

asupra puterii de aşchiere şi rugozităţii suprafeţei prelucrate în cazul găuririi unor probe din

Al99,5, CuZn30 şi Cu99,5.

Fig. 2.19

Cercetările efectuate privind activarea ultrasonica a procesului de burghiere au permis

formularea următoarelor concluzii:

în cazul burghierii materialelor OL37, A99,5 şi CuZn30 s-a constatat o scădere semnificativă a

puterii de aşchiere;

pentru toate cele patru materiale prelucrate s-a constatat îmbunătăţirea rugozităţii în cazul

prelucrărilor cu activare ultrasonică.

CONCLUZII GENERALE

Cercetările privind filetarea cu tarodul în condiţiile activării ultrasonice au relevat faptul că

activarea ultrasonică a tarodului conduce la reducerea semnificativă a momentului de torsiune,

dar puterea de activare trebuie corelată cu dimensiunile tarodului în scopul evitării ruperii

acestuia. Cercetările privind filetarea cu filiera în condiţiile activării ultrasonice au relevat faptul

că activarea ultrasonică a piesei conduce la reducerea semnificativă a momentului de torsiune.

În cazul filetării, în general, s-a remarcat şi faptul că materialul semifabricatului şi mediul de

lucru influenţează semnificativ momentul de torsiune. Deci, se recomandă activarea ultrasonică

a operaţiilor de filetare cu tarodul sau filiera în cazul filetării unor piese din materiale care

produc forţe de aşchiere mari.

Cercetările privind influenţa activării ultrasonice la strunjire au relevat reducerea cu cca.

50% a forţelor de aşchiere la puteri de activare ultrasonică de peste 25-30 W, cât şi faptul că

rugozitatea suprafetei prelucrate este variabilă mult cu puterea de activare ultrasonică şi

prezintă un maxim pentru puteri de activare de cca. 10 W in cazul strunjirii semifabricatelor din

aluminiu, respectiv 25 W in cazul strunjirii semifabricatelor din alamă.

Cercetările privind activarea ultrasonică a procesului de burghiere au evidenţiat o

scădere semnificativă a puterii de aşchiere, respectiv o îmbunătăţire a rugozităţii în cazul

prelucrărilor cu activare ultrasonică.

Rezultatele cercetărilor experimentale vor permite perfecţionarea procedeelor

tehnologice de filetare, burghiere, strunjire în scopul imbunătăţirii calităţii suprafeţelor

prelucrate, al reducerii consumului energetic şi al uzurii sculelor,

respectiv al creşterii productivităţii ca urmare a reducerii forţelor din procesele tehnologice

studiate.

BIBLIOGRAFIE

1.Creţu, Gh., Bazel e cercetării experimentale . Curs. Editura Universităţii Tehnice “Gh. 2.Asachi”,Facultatea de

Construcţii de maşini, Catedra de Tehnologia Construcţiilor de Maşini, 1998

3.Visan S, Ghica C, Panduru V “Tehnologii industriale” , Editura ASE ,Bucuresti 2000

4.Cohal, V., Echipamente electrice pentru sisteme tehnologice neconvenţionale , Editura Tehnica-Info,

2001

5.Ultrasonic Drilling Homepage , disponibil la adresa: www.ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/usdc/usdc,accesat în

iunie 2008;

6. *** Asociaţia Română pentru Tehnologii Neconvenţionale, Tratat de Tehnologii Neconvenţionale

.Vol. VIII. Prelucrarea prin eroziune cu unde ultrasonice, coordonator Niculae Ion Marinescu, Bucureşti:

Editura Bren, 2004;

7. *** Ultrasonic Metal Welding .Principles and applications of high-grade bonding technology

, ,disponibil la adresa: www.ultrasonicmachining.com,;

8. *** Institutul National de Cercetare - Dezvoltare în Sudură şi Încercări de Materiale,

Disponibil laadresa: http://www.isim.ro/isim_ro.htm;1

9. *** SPSS 13 Users Guide , disponibil la www.spss.com, accesat în mai 2010;