[ad_1]
Sistem getaran ultrasonik terdiri dari tiga bagian12: catu daya ultrasonik (generator ultrasonik), transduser, dan konverter amplitudo ultrasonik. Makalah ini memperkenalkan getaran ultrasonik pada pemrosesan benda kerja, dan diagram skema pemesinan ditunjukkan pada Gambar 2:
Sistem pemesinan pelepasan listrik berbantuan ultrasonik.
Transduser ultrasonik
Sistem getaran ultrasonik yang dirancang pada makalah ini menggunakan transduser magnetostriktif raksasa sebagai elemen penggerak konverter amplitudo, terdiri dari shell, poros keluaran, batang GMM (Giant Magnetostrictive Material), magnet permanen, dan koil eksitasi.13. Struktur dasarnya ditunjukkan pada Gambar 3:
Diagram struktur transduser magnetostriktif raksasa.
Transdusernya menggunakan batang GMM sebagai elemen penggeraknya, yang terbuat dari Terfenol-D (Terbium Dysprosium Iron Rare Earth Giant Magnetostrictive Alloy). Seluruh elemen penggerak terdiri dari tiga batang GMM yang panjangnya sama, dengan magnet permanen terikat pada kedua ujung batang. Sisi luar elemen penggerak adalah kumparan eksitasi, dengan diameter kumparan 0,1 mm. Pada saat yang sama, berikan sejumlah pratekan pada sisi atas batang GMM.
Ketika sejumlah arus dialirkan ke kumparan, kumparan eksitasi menghasilkan medan magnet di bawah pengaruh efek magnet arus. Di bawah pengaruh medan magnet ini, karakteristik magnetisasi di dalam Terfenol-D akan berubah, menyebabkan deformasi. Deformasi ditransmisikan ke tuas amplitudo melalui poros keluaran, dan kemudian ke benda kerja yang diproses.
Tuas amplitudo
Struktur tuas amplitudo ditunjukkan pada Gambar 4, yang merupakan konverter amplitudo dua tahap bertingkat dengan bagian transisi berbentuk kerucut. Diantaranya, luas penampang ujung masukan adalah S1luas penampang ujung keluaran adalah S3luas penampang ujung besar pada transisi penampang adalah, dan luas penampang ujung kecil adalah S2. Ambil bagian lompatan tuas amplitudo sebagai titik asal koordinat.
Bagilah tuas amplitudo menjadi beberapa bagian dan hitung parameter kinerja bagian silinder dan kerucut secara berurutan. Menurut pendekatan solusi kutub amplitudo deformasi bertahap, ketika x = 0, karena perubahan penampang yang tiba-tiba dan kompleksitas situasi, gaya pada perubahan mendadak tersebut dapat dianggap kontinu. Dengan asumsi kedua ujung kutub amplitudo bebas dan amplitudo pada ujung masukan adalah 1, maka kondisi batasnya adalah:
Ketika x=-a,
$$\:{\kiri. {\xi\:}_{a}\right|}_{x=-a}=1,{\left.\frac{\partial\:{\xi\:}_{a}}{\partial\:x}\right|}_{x=-a}=0$$
(1)
Selanjutnya persamaan perpindahan segmen silinder dapat diperoleh14:
$$\:{\xi\:}_{a}=\text{c}\text{o}\text{s}\left[k(a+x)\right]\begin{array}{cc}&\:(-a
(2)
Pada titik ini, perpindahan getaran pada perubahan penampang secara tiba-tiba:
$$\:{\xi\:}_ electrical installation=\xi\:{{\prime\:}}_ electrical installation=\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right),\:{\left. {S}_ troy electrical companyE\frac{\partial\:{\xi\:}_{a}}{\partial\:x}\right|}_{x=0}={S}_ electrical installationE{\left.\frac{\partial\:{\xi\:}_{b}}{\partial\:x}\right|}_{x=0}$$
(3)
Ketika x = 0, \(\:{\xi\:}_{b}={\xi\:}_{a}\).
Ketika x = b, \(\:{\kiri. {\xi\:}_{b}\kanan|}_{x=-b}=-{\xi\:}_ residential electrician\).
Ketika 0 < x < b, persamaan perpindahan batang amplitudo variabel berpenampang kerucut adalah15:
$$\:{\xi\:}_{b}=\frac{\alpha\:}{\alpha\:x-1}\left[A\text{c}\text{o}\text{s}\right(kx)+B\text{s}\text{i}\text{n}(kx\left)\right]$$
(4)
Ekspresi distribusi regangan adalah:
$$\:\frac{\partial\:{\xi\:}_{b}}{\partial\:x}=\frac{\alpha\:}{\alpha\:x-1}[-A\cdot\:k\text{s}\text{i}\text{n}(kx)+B\cdot\:k\text{c}\text{o}\text{s}(kx\left)\right]-\frac{{\alpha\:}^ electrical installation}{{(\alpha\:x-1)}^ electrical installation}\kiri[A\text{c}\text{o}\text{s}\right(kx)+B\text{s}\text{i}\text{n}(kx\left)\right]$$
(5)
Pada titik ini, konstanta dapat ditentukan, \(\:A=-\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{\alpha\:},B=\frac{\text{s}\text{i}\text{n}\left (ka\kanan)\cdot\:{S}_ troy electrical company}{\alpha\:\cdot\:{S}_ electrical installation}+\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{k}\) ,
Ekspresi perpindahan partikel dimasukkan ke dalam Persamaan. (5) adalah16:
$$\:{\xi\:}_{b}=\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{1-\alpha\:x}\text{c}\text{o}\text{s}\left(kx\right)-[\frac{{S}_ troy electrical company\cdot\:\text{s}\text{i}\text{n}\left(ka\right)}{{S}_ electrical installation\cdot\:(\alpha\:x-1)}+\frac{\alpha\:}{\alpha\:x-1}\cdot\:\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{k}]\teks{s}\teks{i}\teks{n}\kiri(kx\kanan)$$
(6)
Ringkasnya, persamaan perpindahan partikel tuas amplitudo adalah:
$$\:\left\{\begin{array}{c}{\xi\:}_{a}=cos\left[{k}_ troy electrical company(a+x)\right]\begin{array}{cc}&\:(-a[\frac{{S}_ troy electrical company\cdot\:\text{s}\text{i}\text{n}\left(ka\right)}{{S}_ electrical installation\cdot\:(\alpha\:x-1)}+\frac{\alpha\:}{\alpha\:x-1}\cdot\:\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{k}]sin\kiri(kx\kanan)\begin{array}{cc}&\:(0
(7)
Dalam persamaan di atas, \(\:\alpha\:=\frac{{R}_ troy electrical company-{R}_ electrical installation}{{R}_ troy electrical company{L}_ electrical installation}=\frac{{N}_ electrical installation-1}{{N}_{2 }{L}_ electrical installation}\begin{array}{cc}&\:({N}_ electrical installation=\frac{{R}_ residential electrician}{{R}_ electrical installation})\end{array}\), \(\:k=\frac{2\pi\:f}{c}\)
-
(1)
Panjang resonansi
Jika bagian silinder dan kerucut dirancang menurut konverter amplitudo 1/4, panjang resonansi konverter amplitudo komposit adalah:
$$\:{L}_{P}={L}_{{P}_ troy electrical company}+{L}_{{P}_ electrical installation}=\frac{\lambda\:} generator installation+\frac{\lambda\:} generator installation\frac{k{L}_ electrical installation}{\pi\:}$$
(8)
-
(2)
Node perpindahan x0
Jika digabungkan dengan struktur tuas amplitudo, maka dapat diperkirakan bahwa node perpindahan terletak pada posisi tengah, yaitu x = 0.
-
(3)
Faktor amplifikasi
Kapan \(\:\:{\left.{\xi\:}_{a}\right|}_{x=-a}=1,\:{\left. {\xi\:}_{b}\right|}_{x=b}=\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{1-\alpha\:b}\text{c}\text{o}\text{s}\left(kb\right)-[\frac{{S}_ troy electrical company\cdot\:\text{s}\text{i}\text{n}\left(ka\right)}{{S}_ electrical installation\cdot\:(\alpha\:b-1)}+\frac{\alpha\:}{\alpha\:b-1}\cdot\:\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{k}]\teks{s}\teks{i}\teks{n}\kiri(kb\kanan)\) ,
jadi faktor amplifikasinya adalah:
$$\:{M}_{P}=\kiri|\frac{{\kiri. {\xi\:}_{b}\kanan|}_{x=b}}{{\kiri. {\xi\:}_{a}\kanan|}_{x=-a}}\kanan|=\kiri|{\kiri. {\xi\:}_{b}\right|}_{x=b}=\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{1-\alpha\:b}\text{c}\text{o}\text{s}\left(kb\right)-[\frac{{S}_ troy electrical company\cdot\:\text{s}\text{i}\text{n}\left(ka\right)}{{S}_ electrical installation\cdot\:(\alpha\:b-1)}+\frac{\alpha\:}{\alpha\:b-1}\cdot\:\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\left(ka\right)}{k}]\teks{s}\teks{i}\teks{n}\kiri(kb\kanan)\kanan|$$
(9)
-
(4)
Perhitungan
Diketahui frekuensi resonansi tuas amplitudo 12 kHz, terbuat dari paduan aluminium 6061. Kecepatan gelombang longitudinal c pada konverter amplitudo adalah 6,1 × 106 mm/s, dan diameter ujung masukan (D1), bagian (D2), dan ujung keluaran (D3) masing-masing berukuran 54 mm, 36 mm, dan 16 mm. Oleh karena itu, koefisien luas.
$$\:{N}_ electrical installation=\frac{{D}_ electrical installation}{{D}_ residential electrician}=2,25.$$
Ketika N2 = 2,25, secara terprogram dapat dihitung kL2 = 3,3351.
Oleh karena itu, dapat ditentukan panjang resonansi LP konverter amplitudo baru adalah 260 mm, dengan panjang bagian silinder 128 mm. Sedangkan faktor amplifikasi MP tuas amplitudo adalah 6,9 mm, dan simpul perpindahan konverter amplitudo terletak di bagian mutasi. Secara ringkas, berbagai parameter tiang amplitudo deformasi komposit ditunjukkan pada Tabel 1:
Dalam percobaan, panjang meja kerja L1 dari mesin pemesinan lubang kecil pelepasan listrik adalah 60 mm, dan panjang resonansi LP tuas amplitudo baru jauh lebih kecil dari setengah panjang meja kerja L1. Oleh karena itu, parameter kinerja tuas amplitudo memenuhi kondisi desain eksperimental.
