Наложение ультразвуковых колебаний

Интенсификация точения, фрезерования и сверления без модернизации вашего станка

20–40 кГц Частота колебаний
20–70 мкм Амплитуда
0,1–30 м/мин Скорость подачи
На 30–70% Снижение усилия резания

Наложение ультразвуковых колебаний на рабочий инструмент — это технология интенсификации традиционных процессов механической обработки: точения, фрезерования, сверления, нарезания резьбы, выглаживания и волочения. Метод не заменяет существующее оборудование, а дополняет его — ультразвуковая оснастка интегрируется в стандартный шпиндель станка.

Высокочастотные колебания (20–40 кГц) накладываются на движение подачи, создавая прерывистый контакт инструмента с материалом. Это радикально снижает трение, предотвращает налипание стружки и уменьшает усилие резания на 30–70%. Результат — повышенная чистота поверхности, увеличенный ресурс инструмента и возможность обработки тонкостенных деталей без деформации.

Стадии процесса

Цикл работы с наложением ультразвуковых колебаний включает три стадии:

  • 01

    Установка и настройка оснастки

    Ультразвуковая оснастка с интегрированным преобразователем устанавливается в шпиндель станка. Генератор настраивается на резонансную частоту системы «преобразователь–инструмент».

  • 02

    Интенсификация процесса обработки

    Инструмент колеблется с частотой 20–40 кГц вдоль или поперёк направления подачи. Колебания периодически разрывают контакт с материалом, снижая трение и облегчая сход стружки.

  • 03

    Завершение цикла и возврат

    После завершения обработки колебания отключаются, оснастка возвращается в исходное положение. Поверхность детали не требует финишной обработки — шероховатость ниже, чем при традиционном резании.

Преимущества

Наложение ультразвуковых колебаний даёт ряд существенных преимуществ перед традиционной мехобработкой:

  • Снижение усилий резания

    Усилие резания падает на 30–70% за счёт прерывистого контакта — меньше износ инструмента и энергозатраты.

  • Улучшение качества поверхности

    Шероховатость снижается на 1–2 класса. В ряде случаев отпадает необходимость в финишном шлифовании.

  • Отсутствие налипания стружки

    Вибрация предотвращает адгезию стружки к инструменту. Наростообразование исключено даже при обработке вязких материалов.

  • Интеграция в существующие станки

    Ультразвуковая оснастка устанавливается в стандартный шпиндель токарного, фрезерного или сверлильного станка без его модернизации.

  • Увеличение стойкости инструмента

    Снижение трения и теплообразования продлевает ресурс резца или сверла в 1,5–3 раза.

  • Обработка тонкостенных деталей

    Низкое усилие резания позволяет обрабатывать хрупкие и тонкостенные заготовки без деформации и вибраций.

Области применения

Технология применима ко всем основным видам механической обработки:

  • Точение

    Чистовое точение валов, втулок и тонкостенных деталей из вязких и жаропрочных сплавов с улучшенной чистотой поверхности.

  • Фрезерование

    Обработка пазов, уступов и контуров в титановых, алюминиевых и композитных заготовках без налипания и задиров.

  • Сверление и развёртывание

    Прецизионное сверление глубоких и малых отверстий в нержавеющих сталях, титане и жаропрочных сплавах без увода сверла.

  • Нарезание резьбы

    Чистовое нарезание внутренней и наружной резьбы в вязких материалах без дробления и срывов.

  • Выглаживание и упрочнение

    Поверхностное пластическое деформирование с наложением ультразвука для снижения шероховатости и упрочнения поверхности.

  • Волочение проволоки

    Протяжка проволоки и прутков через фильеры с ультразвуком: снижение усилия волочения и обрывности, повышение качества поверхности.

Сравнение методов обработки

Традиционная механическая обработка вязких, жаропрочных и склонных к налипанию материалов сопряжена с высокими усилиями резания, интенсивным износом инструмента и неудовлетворительным качеством поверхности. Наложение ультразвуковых колебаний решает эти проблемы без замены станочного парка.

Сравнительная характеристика методов точения нержавеющей стали:

Параметр С ультразвуком Без ультразвука
Усилие резания Снижено на 30–70% Базовое
Шероховатость Ra 0,32–0,63 мкм 0,8–3,2 мкм
Налипание стружки Отсутствует Часто
Стойкость резца Увеличена в 1,5–3 раза Базовая
Обработка тонкостенных деталей Да Затруднена
Необходимость финишной обработки Часто не требуется Требуется шлифовка

Наложение ультразвуковых колебаний обеспечивает результат, сопоставимый с финишным шлифованием, непосредственно на токарном или фрезерном станке. Это сокращает технологическую цепочку и снижает себестоимость обработки.

Рекомендуемое оборудование

Для лабораторной отработки режимов подходят аппараты серии «Волна». Пилотные установки «Волна-М» и «Волна-П» — для мелкосерийного производства. Промышленные многопозиционные системы «Булава-П» — для массового производства и автоматических линий.

Ультразвуковой технологический аппарат
Модель УЗТА-0,3/15-О
Аппарат предназначен для контактного воздействия УЗ колебаниями высокой интенсивности на различные физические объекты с целью изменения свойств или с…
450 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат
Модель Ультразвуковой комплекс для многочастотного воздействия
Комплекс аппаратов предназначен для контактного воздействия УЗ колебаниями различной частоты на физические объекты с целью изменения их свойств (напр…
1 800 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат
Модель УЗТА-0,4/22-О
Формирование ультразвуковых колебаний в различных физических объектах (трубы, пневмопроводы, бункера, фильеры, устройства уплотнения и т.п.) за счет …
600 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат
Модель СУЗП-0,8/22-О
Аппарат предназначен для установки металлических заклепок при сборке изделий из полимерных материалов, запрессовки металлических втулок (вставок) в з…
450 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат
Модель УЗТА-1/22-О
Формирование ультразвуковых колебаний в различных физических объектах (трубы, пневмопроводы, бункера, фильеры, устройства уплотнения и т.п.) за счет …
600 000 ₽
Ультразвуковой технологический аппарат
Модель УЗТА-0,3/60-О
Аппарат предназначен для изменения свойств или структуры поверхностных или внутренних слоев различных физических объектов за счет контактного воздейс…
300 000 ₽

Научные материалы

Монографии, публикации, патенты, лекии и результаты научно-исследовательских работ по данной технологии.

Часто задаваемые вопросы

Каков срок службы волноводов?
При работе с неабразивными средами срок службы титановых волноводов составляет несколько лет. При диспергировании абразивных материалов — от 6 до 12 месяцев. Для продления срока службы мы рекомендуем оптимизировать параметры обработки и использовать сменные насадки из износостойких сплавов.
Можно ли протестировать технологию перед покупкой?
Да, мы предлагаем два варианта: 1) бесплатный тест ваших материалов в нашей лаборатории с предоставлением отчёта; 2) аренда аппарата для проведения испытаний непосредственно на вашем производстве. Свяжитесь с нами для обсуждения деталей.
Какие материалы можно резать ультразвуком?
Ультразвуковая резка эффективна для термопластов, резины, композитов, текстиля, нетканых материалов, кожи, плёнок и пищевых продуктов (торты, сыры, кондитерские изделия). Не подходят закалённые стали, стекло, керамика и хрупкие материалы, склонные к растрескиванию.
Можно ли интегрировать ультразвук в существующий токарный или фрезерный станок?
Да, ультразвуковая оснастка устанавливается в стандартный шпиндель или револьверную головку без модернизации станка. Требуется только ультразвуковой генератор и подвод электропитания. Модернизация занимает 1–2 часа и обратима — оснастка демонтируется без следов.
На какие процессы влияет наложение ультразвуковых колебаний?
Технология эффективна при точении, фрезеровании, сверлении, нарезании резьбы, развёртывании, выглаживании, волочении проволоки и пластическом деформировании. Наибольший эффект достигается при обработке вязких и склонных к налипанию материалов: нержавеющие стали, титан, алюминий, медь.

Наложение ультразвуковых колебаний: модернизация обработки без замены станков

Механическая обработка вязких, жаропрочных и склонных к налипанию материалов — нержавеющих сталей, титановых и алюминиевых сплавов, меди — традиционно сопряжена с высокими усилиями резания, интенсивным износом инструмента и формированием наростов на режущей кромке. Наложение ультразвуковых колебаний на инструмент предлагает решение, не требующее замены станочного парка.

Принцип действия

Ультразвуковая оснастка, устанавливаемая в стандартный шпиндель станка, сообщает инструменту дополнительные колебания с частотой 20–40 кГц и амплитудой 10–30 мкм. Эти колебания накладываются на движение подачи и периодически разрывают контакт инструмента с материалом. Прерывистый контакт кардинально меняет условия резания:

  • Снижается трение: инструмент контактирует с материалом менее 50% времени цикла.
  • Исключается адгезия: стружка не успевает привариться к режущей кромке.
  • Облегчается сход стружки: вибрация разрушает сливную стружку на короткие сегменты.

Преимущества наложения ультразвуковых колебаний

  • Снижение усилий резания на 30–70%: меньше энергозатраты и износ оборудования.
  • Улучшение чистоты поверхности: шероховатость снижается на 1–2 класса.
  • Отсутствие наростообразования: режущая кромка остаётся чистой даже при обработке алюминия и меди.
  • Интеграция в существующие станки: оснастка монтируется в стандартный шпиндель за 1–2 часа.
  • Увеличение стойкости инструмента в 1,5–3 раза: меньше трение — меньше износ.
  • Обработка тонкостенных заготовок: низкое усилие исключает деформацию и дробление.

Области применения

  • Точение: чистовая обработка валов, втулок и тонкостенных деталей.
  • Фрезерование: обработка пазов и контуров в титановых и композитных заготовках.
  • Сверление: глубокие и малые отверстия в жаропрочных сплавах без увода.
  • Нарезание резьбы: чистая резьба в вязких материалах без срывов.
  • Выглаживание: поверхностное упрочнение с одновременным снижением шероховатости.
  • Волочение: снижение усилия протяжки и обрывности проволоки.

Промышленное внедрение

Технология не требует замены станочного парка. Ультразвуковая оснастка устанавливается в токарные, фрезерные и сверлильные станки любых производителей. Параметры процесса, отработанные на лабораторной установке серии «Волна», напрямую переносятся на пилотные аппараты серии «Волна-М» и «Волна-П» и промышленные системы серии «Булава-П». Срок окупаемости модернизации — от 3 до 12 месяцев за счёт снижения расхода инструмента и исключения финишных операций.

Нужна консультация по подбору оборудования?

Наши инженеры помогут подобрать оптимальное решение для ваших технологических задач. Получите бесплатную консультацию и расчет стоимости.