Introduction de l'usinage par ultrasons

Principe de fonctionnement de l'usinage par ultrasons

La figure montre l'opération d'usinage par ultrasons. L'oscillateur et l'amplificateur électroniques, également appelés générateur, convertissent l'énergie électrique disponible de basse fréquence en une puissance haute fréquence de l'ordre de 20 kHz qui est fournie au transducteur.

Le transducteur fonctionne par striction du magnétron. L'alimentation haute fréquence active l'empilement du matériau magnétostrictif qui produit un mouvement vibratoire longitudinal de l'outil. L'amplitude de cette vibration est insuffisante pour la coupe. Ceci est donc transmis à l'outil de pénétration par un dispositif de focalisation mécanique qui fournit une vibration intense de l'amplitude souhaitée à l'extrémité de l'outil.

Le dispositif de mise au point mécanique est parfois appelé un transformateur de vitesse. Il s'agit d'une tige effilée ou appelée «corne». Son extrémité supérieure est serrée ou brasée sur la face inférieure du matériau magnétostrictif. Son extrémité inférieure est pourvue de moyens de solidarisation de l'outil.

Toutes ces pièces, y compris l'outil en acier à faible teneur en carbone ou en acier inoxydable à la forme de la cavité souhaitée, agissent comme un seul corps élastique transmet les vibrations à la pointe de l'outil.

Les abrasifs couramment utilisés sont

oxyde d'aluminium (alumine), carbure de bore, carbure de silicium et poussière de diamant. Le bore est le matériau abrasif le plus coûteux et convient le mieux à la coupe du carbure de tungstène, de l'acier à outils et des pierres précieuses. Le silicium trouve le plus d'applications. Pour la coupe du verre et de la céramique, l'alumine est considérée comme la meilleure.

La suspension abrasive est épandue à l'interface outil de travail par pompage. Un système de refroidissement réfrigéré est utilisé pour refroidir la suspension abrasive à une température de 5 à 6 ° C. Une bonne méthode consiste à conserver le lisier dans un bain dans la zone de coupe.

La taille de l'abrasif varie entre 200 grains et 2000 grains. Les nuances grossières sont bonnes pour l'ébauche, tandis que les nuances plus fines, par exemple un grain 1000, sont utilisées pour la finition. Les abrasifs frais coupent mieux et la suspension doit donc être remplacée périodiquement

Précision

Les vitesses de pénétration maximales dans les matériaux tendres et cassants comme les céramiques tendres sont de l'ordre de 20 mm min, mais pour les matériaux durs et tenaces, la vitesse de pénétration est plus faible. Une précision dimensionnelle jusqu'à t0,005 mm est possible et des finitions de surface jusqu'à une valeur Ra ​​de 0,1-0,125 micron peuvent être obtenues.

Un rayon d'angle minimum de 0,10 mm est possible pour terminer l'usinage. La gamme de tailles des machines USM varie d'un type portable léger ayant une entrée d'environ 20 W à des machines lourdes prenant une entrée jusqu'à 2 kW.

Limitations du processus

La principale limitation du procédé est ses vitesses de coupe de métal relativement faibles. La vitesse maximale d'enlèvement de métal est de 3 mm® / s et la consommation électrique est élevée. La profondeur des trous cylindriques est actuellement limitée à 2,5 fois le diamètre de l'outil.

L'usure de l'outil augmente l'angle du trou, tandis que les angles vifs deviennent arrondis. Cela implique que le remplacement des outils est essentiel dans la production de trous borgnes précis. De plus, le procédé est limité, dans sa forme actuelle, à la machine sur des surfaces de taille relativement petite.

Développement récent

Récemment, un nouveau développement dans l'usinage par ultrasons a eu lieu dans lequel un outil imprégné de poussière de diamant est utilisé et aucune suspension n'est utilisée. L'outil a oscillé à des fréquences ultrasonores et a tourné. S'il n'est pas possible de faire tourner l'outil, la pièce à usiner peut être tournée.

Cette innovation a éliminé certains des inconvénients du procédé conventionnel de forage de trous profonds. Par exemple, les dimensions du trou peuvent être maintenues à +0,125 mm. Des trous jusqu'à 75 mm de profondeur ont été percés dans la céramique sans aucune baisse de la vitesse d'usinage comme cela est connu dans le processus conventionnel.

Application de l'usinage par ultrasons

La simplicité du processus le rend économique pour une large gamme d'applications telles que:

· Introduction de trous ronds et de trous de toute forme pour lesquels un outil peut être fabriqué. La gamme de formes pouvant être obtenues peut être augmentée en déplaçant la pièce pendant la coupe.

· Dans les opérations d'usinage telles que les opérations de perçage, de meulage, de profilage et de fraisage sur tous les matériaux conducteurs et non conducteurs.

· Usinage de verre, céramique, tungstène et autres carbures durs, pierres précieuses telles que le rubis synthétique.

· Pour couper des filetages dans des composants en métaux durs et alliages en faisant tourner et translater approximativement la pièce ou l'outil.

· Dans la fabrication de matrices et de matrices de tréfilage au carbure de tungstène et au diamant pour les processus de forgeage et d'extrusion.

· Permettre à un dentiste de percer un trou de n'importe quelle forme sur les dents sans créer de douleur.

Avantages de l'usinage par ultrasons

· Les matériaux extrêmement durs et cassants peuvent être facilement usinés.

· Des profils très précis et une bonne finition de surface peuvent être facilement obtenus.

· La pièce usinée est exempte de contraintes.

· Le taux d'enlèvement de métal est faible.

· En raison de la quasi-absence de génération de chaleur dans le processus, les propriétés physiques du matériau de travail restent inchangées.

· L'opération est silencieuse.

· Le fonctionnement de l'équipement est tout à fait sûr.