Інноваційна технологія заточування допомогою ультразвуку
При заточуванні клинків і ножів традиційно застосовується формування ріжучої кромки і фінальний процес шліфування. КТ Берлін володіє технологією дозволяє істотно збільшити якість і гостроту ріжучих елементів. Шляхом найтоншої кування, що базується на ультразвук, можуть проводитися клинки, ножі, а також хірургічний ріжучий інструмент і бритвені леза найвищої якості при одночасному зниженні виробничих і інвестиційних витрат. В даний час фірма реалізує адаптацію інноваційних технології в серійне виробництво. Одночасно КТ переслідує мети розширення можливостей технологічного використання технологій та їх маркетингу. Спочатку технології найтоншого формоутворення були використані у виробництві скальпелів на російському партнерському підприємстві Меліта-К. В Німеччині реалізована розробка прототипу по заточенню бритвеної стрічки і розпочата робота щодо подальшого розвитку технології.
Технологія найтоншої УЗ кування використовується для виробництва різальних кромок з підвищеними технічними вимогами та характеристиками і для реалізації ріжучих елементів малої товщини і розмірів (Рис 1). Ця технологія ґрунтується на тому, що формоутворення ріжучої кромки виробляється під дією ударного інструменту вібруючого в ультразвуковому діапазоні. При частоті в десятки тисяч коливань в секунду сотроды працюють як молот і ковадло формують клиноподібний кут відповідний куті ріжучого клина. Енергія, підведена допомогою вібрації, призводить до переміщення матеріалу та пластичного формоутворення металу в області ріжучої кромки. При цьому ріжуча кромка набуває максимальну твердість і міцність. Основою цього є здійснення великий фоормообразуюшей роботи на невеликому об'ємі металу і відповідне здійснення найвищого пластичного ущільнення матеріалу. Подальшим перевагою способу найтоншого формоутворення є елімінування поверхневих дефектів, які утворюються при підготовці клинка і його шліфуванні. Найтонша УЗ кування здійснюється при високих швидкостях реалізації процесу.
Рис. 1 Принцип найтоншої ультразвукової кування
Особливі завдання ставить формотворча заточка клинків і інструменту з попередньо загартованої сталі. І в цьому випадку внаслідок малих амплітуд ультразвукових коливань реалізується локальне формоутворення з підвищенням якості загартованих клинків у рамках меж пластичності мартенситно-аустенітної структури. При цьому поряд з підвищенням міцності реалізується згладжування ріжучої кромки і таким чином досягається суттєве поліпшення зносостійкості і ріжучих властивостей (рис 2). Перші результати використання УЗ заточування у виробництві хірургічного інструменту з особливо високими вимогами до якості і гостроту ріжучої кромки також є багатообіцяючими. Один німецький лідер у виробництві хірургічного інструменту підтверджує у своїх дослідженнях, що використання технології найтоншої УЗ кування дозволяє отримувати скальпелі з гладкими ріжучими крайками (відсутність пилкоподібної поверхні) і тонкими і прецизійними кінцями. Рис.2 Заточка бритвеної стрічки з допомогою найтоншої УЗ кування
Паралельно з оптичними дослідженнями проведені вимірювання навантаження необхідної для розрізу в порівнянні з традиційно виготовленими скальпелями показують, що необхідна навантаження може бути знижена вдвічі. Поряд з виробництвом гладких ріжучих кромок (відсутність пилкоподібної поверхні) технологія найтоншої уз кування дозволяє здійснити реалізацію спеціальних профілів концентрованих для різних тканин. Також використання титану в якості матеріалу для виробництва скальпелів полегшується при використанні технології КТ. Титан в порівнянні з традиційними сталями є повністю антимагнітним. Тому такі скальпелі особливо переважні при операціях в магнітних полях титановими імплантатами.
В інституті інструментальних машин та виробничої техніки технічного університету Берліна проведена кваліфікація кухонних і машинних ножів допомогою растерэлектронноптических і твердостных досліджень. Так як в досліджуваних клинках присутні тонкі структури малих розмірів і є порівняно грубі сліди шліфувальної обробки лежать перпендикулярно ріжучій кромці їх механічна характеристика представлялася особливо проблематичною. На Рис. ЗА представлений машинний ніж. На Рис. ЗВ показана поверхня клинка під растерным електронним мікроскопом.
Ausgeformter Bereich. — переформированый діапазон Verformter Bereich — сформирований діапазон Grundwerkstojf — базовий матеріал
Рис.3 Машинний ніж оброблений найтоншої УЗ куванням (А): Топографія (В) вимірювання твердості (З).
Сліди шліфування з порівняно високою шорсткістю видно в нижньому діапазоні. Вони є показовими для базового матеріалу. УЗ обробка знижує шорсткість ріжучої поверхні і переформують топографію шліфування в основному діапазоні зі слідами обробки лежать паралельно ріжучій кромці. Безпосередньо на поверхні ріжучої кромки присутній область зі слідами обробки перпендикулярними ріжучій кромці. У цьому діапазоні хоча і спостерігаються наслідки шліфування поверхні, уз - обробка вказує на істотне зниження шорсткості поверхні. На Рис. ЗС представлені результати досліджень твердості, які корелюються з поверхневою топографією. Показано, що в базовому діапазоні, отриманий в результаті обробки найтоншої УЗ куванням, присутній прим. 20% зростання твердості порівняно з твердістю базового матеріалу. Таким чином, зростає зносостійкість ножа.
На Рис. 4А представлений високоякісний кухонний ніж ріжуча кромка якого під растерэлектронным мікроскопом представлена на Рис 4В. Як і у випадку машинного ножа тут присутній аналогічна кореляція поверхневої топографії та результатів вимірювання твердості (Рис 4С).
Хоча у випадку кухонного ножа присутній загартований клинок, досягається підвищення базової твердості на подальші 25% - на середню величину максимальної твердості в HV5 = 890. Додатково до описаних областях присутні виражені перехідні області. Цей діапазон характеризується зниженням твердості порівняно з базовим матеріалом. Імовірно це може ґрунтуватися на структурних змінах в результаті пластичного формоутворення.
Ausgeformter Bereich — переформувань діапазон
Ubergangsbereich — перехідний діапазон
Verformter Bereich — сформирований діапазон
Grundwerkstoff — базовий матеріал
Рис.4 Кухонний ніж оброблений найтоншої УЗ куванням (А): Топографія (В) вимірювання твердості (З).
Технологія найтоншої уз кування є в найвищому ступені придатною для підвищення якості ножів і клинків. За допомогою цієї технології бути компенсовані іманентні пошкодження від шліфування і понад цього реалізуватися підвищення твердості. Вже сьогодні переконливі результати використання технології повинні бути далі оптимізовані щодо параметрів обробки і критеріїв якості допомогою подальших системних досліджень. Паралельно КТ виробляє адаптацію технології найтоншої УЗ кування різальних кромок в індустріальні процеси і таким чином створює передумови до можливої реалізації широкого впровадження ринкового вже протягом найближчих місяців.
Технологія найтоншої УЗ кування використовується для виробництва різальних кромок з підвищеними технічними вимогами та характеристиками і для реалізації ріжучих елементів малої товщини і розмірів (Рис 1). Ця технологія ґрунтується на тому, що формоутворення ріжучої кромки виробляється під дією ударного інструменту вібруючого в ультразвуковому діапазоні. При частоті в десятки тисяч коливань в секунду сотроды працюють як молот і ковадло формують клиноподібний кут відповідний куті ріжучого клина. Енергія, підведена допомогою вібрації, призводить до переміщення матеріалу та пластичного формоутворення металу в області ріжучої кромки. При цьому ріжуча кромка набуває максимальну твердість і міцність. Основою цього є здійснення великий фоормообразуюшей роботи на невеликому об'ємі металу і відповідне здійснення найвищого пластичного ущільнення матеріалу. Подальшим перевагою способу найтоншого формоутворення є елімінування поверхневих дефектів, які утворюються при підготовці клинка і його шліфуванні. Найтонша УЗ кування здійснюється при високих швидкостях реалізації процесу.
Рис. 1 Принцип найтоншої ультразвукової кування
Особливі завдання ставить формотворча заточка клинків і інструменту з попередньо загартованої сталі. І в цьому випадку внаслідок малих амплітуд ультразвукових коливань реалізується локальне формоутворення з підвищенням якості загартованих клинків у рамках меж пластичності мартенситно-аустенітної структури. При цьому поряд з підвищенням міцності реалізується згладжування ріжучої кромки і таким чином досягається суттєве поліпшення зносостійкості і ріжучих властивостей (рис 2). Перші результати використання УЗ заточування у виробництві хірургічного інструменту з особливо високими вимогами до якості і гостроту ріжучої кромки також є багатообіцяючими. Один німецький лідер у виробництві хірургічного інструменту підтверджує у своїх дослідженнях, що використання технології найтоншої УЗ кування дозволяє отримувати скальпелі з гладкими ріжучими крайками (відсутність пилкоподібної поверхні) і тонкими і прецизійними кінцями. Рис.2 Заточка бритвеної стрічки з допомогою найтоншої УЗ кування
Паралельно з оптичними дослідженнями проведені вимірювання навантаження необхідної для розрізу в порівнянні з традиційно виготовленими скальпелями показують, що необхідна навантаження може бути знижена вдвічі. Поряд з виробництвом гладких ріжучих кромок (відсутність пилкоподібної поверхні) технологія найтоншої уз кування дозволяє здійснити реалізацію спеціальних профілів концентрованих для різних тканин. Також використання титану в якості матеріалу для виробництва скальпелів полегшується при використанні технології КТ. Титан в порівнянні з традиційними сталями є повністю антимагнітним. Тому такі скальпелі особливо переважні при операціях в магнітних полях титановими імплантатами.
В інституті інструментальних машин та виробничої техніки технічного університету Берліна проведена кваліфікація кухонних і машинних ножів допомогою растерэлектронноптических і твердостных досліджень. Так як в досліджуваних клинках присутні тонкі структури малих розмірів і є порівняно грубі сліди шліфувальної обробки лежать перпендикулярно ріжучій кромці їх механічна характеристика представлялася особливо проблематичною. На Рис. ЗА представлений машинний ніж. На Рис. ЗВ показана поверхня клинка під растерным електронним мікроскопом.
Ausgeformter Bereich. — переформированый діапазон Verformter Bereich — сформирований діапазон Grundwerkstojf — базовий матеріал
Рис.3 Машинний ніж оброблений найтоншої УЗ куванням (А): Топографія (В) вимірювання твердості (З).
Сліди шліфування з порівняно високою шорсткістю видно в нижньому діапазоні. Вони є показовими для базового матеріалу. УЗ обробка знижує шорсткість ріжучої поверхні і переформують топографію шліфування в основному діапазоні зі слідами обробки лежать паралельно ріжучій кромці. Безпосередньо на поверхні ріжучої кромки присутній область зі слідами обробки перпендикулярними ріжучій кромці. У цьому діапазоні хоча і спостерігаються наслідки шліфування поверхні, уз - обробка вказує на істотне зниження шорсткості поверхні. На Рис. ЗС представлені результати досліджень твердості, які корелюються з поверхневою топографією. Показано, що в базовому діапазоні, отриманий в результаті обробки найтоншої УЗ куванням, присутній прим. 20% зростання твердості порівняно з твердістю базового матеріалу. Таким чином, зростає зносостійкість ножа.
На Рис. 4А представлений високоякісний кухонний ніж ріжуча кромка якого під растерэлектронным мікроскопом представлена на Рис 4В. Як і у випадку машинного ножа тут присутній аналогічна кореляція поверхневої топографії та результатів вимірювання твердості (Рис 4С).
Хоча у випадку кухонного ножа присутній загартований клинок, досягається підвищення базової твердості на подальші 25% - на середню величину максимальної твердості в HV5 = 890. Додатково до описаних областях присутні виражені перехідні області. Цей діапазон характеризується зниженням твердості порівняно з базовим матеріалом. Імовірно це може ґрунтуватися на структурних змінах в результаті пластичного формоутворення.
Ausgeformter Bereich — переформувань діапазон
Ubergangsbereich — перехідний діапазон
Verformter Bereich — сформирований діапазон
Grundwerkstoff — базовий матеріал
Рис.4 Кухонний ніж оброблений найтоншої УЗ куванням (А): Топографія (В) вимірювання твердості (З).
Технологія найтоншої уз кування є в найвищому ступені придатною для підвищення якості ножів і клинків. За допомогою цієї технології бути компенсовані іманентні пошкодження від шліфування і понад цього реалізуватися підвищення твердості. Вже сьогодні переконливі результати використання технології повинні бути далі оптимізовані щодо параметрів обробки і критеріїв якості допомогою подальших системних досліджень. Паралельно КТ виробляє адаптацію технології найтоншої УЗ кування різальних кромок в індустріальні процеси і таким чином створює передумови до можливої реалізації широкого впровадження ринкового вже протягом найближчих місяців.
Інші статті
