Cắt vật liệu siêu âm
Nguyên lý cắt siêu âm hoàn toàn khác với các công nghệ cắt vật liệu truyền thống. Trong trường hợp đầu tiên chúng tôi sử dụng năng lượng siêu âmkhông yêu cầu mài các cạnh cắt của dụng cụ và tác dụng lực lớn.
Không giống như cắt cơ học, cắt siêu âm không có chip, không có tiếng ồn, không bị cháy cạnh như laser hoặc xử lý nhiệt khác, không có khói hoặc khí. So với cắt tia nước, không có sự xâm nhập của hơi ẩm vào vật liệu. Về chi phí cắt, cắt siêu âm là một giải pháp thay thế cho cắt laser và nước.
Đầu cắt rung siêu âm, gây ra rất ít ma sát và vật liệu cắt không bị dính, điều này đặc biệt quan trọng đối với vật liệu nhớt và đàn hồi, thực phẩm đông lạnh, cao su và các vật liệu khác không thể cắt dưới áp lực.
Con người không thể nghe thấy sóng siêu âm. Dao cắt siêu âm dao động với biên độ 10 – 70 µm theo phương dọc. Rung động là vi mô, vì vậy nó không thể được nhìn thấy. Chuyển động được lặp lại 20.000 — 40.000 lần mỗi giây (tần số 20 — 40 kHz).
Các thiết bị siêu âm có tần số thấp hơn có trọng lượng lớn hơn và nhiều năng lượng hơn. Biên độ cao hơn cũng có thể đạt được ở tần số thấp hơn. Các máy có tần số 20 kHz phù hợp hơn để cắt các vật liệu dày và chắc.
Nhược điểm của các thiết bị như vậy là tần số siêu âm gần với dải nghe được và có thể cần có các biện pháp giảm tiếng ồn trong quá trình vận hành.
Các thiết bị 35 kHz phù hợp hơn với các vật liệu mỏng hơn như giấy bạc, giả da và hàng dệt, cũng như để xử lý các hình dạng phức tạp. Đồng thời, máy hoạt động im lặng.
Ví dụ ứng dụng cho cắt siêu âm
Các thiết bị cắt siêu âm bao gồm đầu dò siêu âm, đầu trục, dao và nguồn điện. Đầu dò siêu âm được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học (siêu âm).
Hiện nay, kiểm soát điện được sử dụng gần như phổ biến - tác dụng ngược lại áp điện… Điều này có nghĩa là một điện áp xoay chiều được đặt vào đầu dò trên một tấm gốm hoặc thạch anh để tạo ra siêu âm. Bộ tập trung âm thanh làm tăng biên độ của các rung động đi ra trong khu vực cắt.
Vật liệu được làm mềm và cắt bằng năng lượng siêu âm, và lưỡi dao chỉ đóng vai trò định vị vết cắt và phát ra năng lượng siêu âm. Lực cắt giảm khoảng 75% và năng suất của quá trình cắt tăng lên đáng kể so với các phương pháp cắt khác.
Chất mài mòn có thể được sử dụng để tăng hiệu quả cắt.
Máy cắt siêu âm
Tốc độ cắt phụ thuộc vào vật liệu được xử lý và thường được xác định theo tỷ lệ: V = 4 * X * e, trong đó X là biên độ rung cực đại, m, e là tần số siêu âm, Hz.
Do đó, với biên độ 12 micron và tần số 35 kHz, tốc độ cắt sẽ là: 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m / s.
Như đã biết từ các công nghệ khác (ví dụ, trong cắt cơ học), với sự gia tăng tốc độ cắt, không chỉ lực cắt mà độ mài mòn của lưỡi cắt của dụng cụ cắt cũng giảm.Do đó, lưỡi cacbua cũng được khuyên dùng cho cắt siêu âm. Độ bền của lưỡi kim loại cacbua có thể lên tới 20.000 m hoặc hơn.
Thiết bị cắt siêu âm cầm tay
Cắt siêu âm phù hợp với các vật liệu như cao su, PVC, bảng mạch in, phim, vật liệu tổng hợp, nhựa, các loại giấy, vải, thảm, da, thực phẩm (thịt đông lạnh, kẹo, bánh mì, sô cô la, v.v.), màng mỏng và các vật liệu từ tổ ong, để làm sạch hóa thạch, để loại bỏ rỉ sét và sơn, để khắc và chạm khắc kim loại, để đánh dấu kim loại.
Cắt siêu âm có thể được thực hiện cả ở chế độ thủ công và với sự trợ giúp của cài đặt tự động và rô bốt, cũng có các mô hình để cắt vật liệu ong 3-D.