Taglio ad ultrasuoni di materiali

Il principio del taglio ad ultrasuoni è completamente diverso dalle tradizionali tecnologie di taglio dei materiali. Nel primo caso usiamo energia ultrasonicache non richiede l'affilatura dei taglienti dell'utensile e l'applicazione di grandi forze.

A differenza del taglio meccanico, il taglio ad ultrasuoni non presenta trucioli, rumori, bordi bruciati come laser o altri trattamenti termici, fumi o gas. Rispetto al taglio a getto d'acqua, non c'è penetrazione di umidità nel materiale. In termini di costi di taglio, il taglio a ultrasuoni è un'alternativa al taglio laser e ad acqua.

La punta di taglio vibra ultrasonicamente, il che provoca un attrito minimo e il materiale di taglio non si attacca, il che è particolarmente importante per materiali viscosi ed elastici, alimenti congelati, gomma e altri materiali che non possono essere tagliati sotto pressione.

Le onde ultrasoniche non possono essere udite dall'uomo. Il coltello da taglio ad ultrasuoni vibra con un'ampiezza di 10 - 70 µm nella direzione longitudinale. La vibrazione è microscopica, quindi non può essere vista. Il movimento viene ripetuto 20.000 - 40.000 volte al secondo (frequenza 20 - 40 kHz).

I dispositivi a ultrasuoni con una frequenza inferiore hanno più peso e più potenza. Ampiezze maggiori possono essere raggiunte anche a frequenze più basse. Le macchine con una frequenza di 20 kHz sono più adatte per il taglio di materiali spessi e resistenti.

Lo svantaggio di tali dispositivi è che la frequenza ultrasonica è vicina alla gamma udibile e durante il funzionamento possono essere necessarie misure di riduzione del rumore.

I dispositivi a 35 kHz sono più adatti per materiali più sottili come lamina, finta pelle e tessuti, nonché per la lavorazione di forme complesse. Allo stesso tempo, le macchine sono silenziose.

Esempi di applicazione per il taglio ad ultrasuoni

I dispositivi di taglio ad ultrasuoni sono costituiti da un trasduttore ultrasonico, una punta del mozzo, un coltello e un alimentatore. Un trasduttore ultrasonico viene utilizzato per convertire l'energia elettrica in energia meccanica (ultrasonica).

Attualmente, l'elettrostrizione è usata quasi universalmente - l'effetto è l'opposto piezoelettrico… Ciò significa che una tensione elettrica alternata viene applicata al trasduttore su una piastra in ceramica o quarzo che genera ultrasuoni. Il concentratore acustico aumenta l'ampiezza delle vibrazioni in uscita nella zona di taglio.

Il materiale viene ammorbidito e tagliato dall'energia ultrasonica e la lama del coltello svolge semplicemente il ruolo di posizionare il taglio ed emettere energia ultrasonica. Le forze di taglio sono ridotte di circa il 75% e la produttività del processo di taglio è notevolmente aumentata rispetto ad altri metodi di taglio.

Gli abrasivi possono essere utilizzati per aumentare l'efficienza di taglio.

Macchine da taglio ad ultrasuoni

La velocità di taglio dipende dal materiale in lavorazione ed è generalmente determinata dal rapporto: V = 4 * X * e, dove X è l'ampiezza massima di vibrazione, m, e è la frequenza degli ultrasuoni, Hz.

Pertanto, con un'ampiezza di 12 micron e una frequenza di 35 kHz, la velocità di taglio sarà: 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m / s.

Come è noto da altre tecnologie (ad esempio nel taglio meccanico), con un aumento della velocità di taglio, non solo le forze di taglio diminuiscono, ma anche l'usura della lama dell'utensile da taglio, pertanto le lame in metallo duro sono consigliate anche per taglio ad ultrasuoni. La durata delle lame in metallo duro può arrivare fino a 20.000 m o più.

Dispositivo di taglio ad ultrasuoni portatile

Il taglio ad ultrasuoni è adatto per materiali come gomma, PVC, circuiti stampati, pellicole, compositi, plastica, tutti i tipi di carta, tessuti, tappeti, pelle, alimenti (carne congelata, caramelle, pane, cioccolato, ecc.), film sottile e materiali da nido d'ape, per pulire fossili, per rimuovere ruggine e vernice, per incidere e intagliare metalli, per marcare metalli.

Il taglio ad ultrasuoni può essere eseguito sia in modalità manuale che con l'ausilio di impianti e robot automatizzati, esistono anche modelli per il taglio 3D di materiali delle api.