Usinage par ultrasons et usinage rotatif par ultrasons et broyage par percussion par ultrasons

Another popular NON-CONVENTIONAL MACHINING technique we frequently use is ULTRASONIC MACHINING (UM), also widely known as ULTRASONIC BROYAGE PAR IMPACT, où le matériau est retiré de la surface d'une pièce par micro-écaillage et érosion avec des particules abrasives à l'aide d'un outil vibrant oscillant à des fréquences ultrasonores, aidé par une suspension abrasive qui s'écoule librement entre la pièce et l'outil. Il diffère de la plupart des autres opérations d'usinage conventionnelles car très peu de chaleur est produite. La pointe de l'outil d'usinage par ultrasons est appelée «sonotrode» qui vibre à des amplitudes de 0,05 à 0,125 mm et à des fréquences d'environ 20 kHz. Les vibrations de la pointe transmettent des vitesses élevées aux grains abrasifs fins entre l'outil et la surface de la pièce. L'outil n'entre jamais en contact avec la pièce à usiner et, par conséquent, la pression de meulage est rarement supérieure à 2 livres. Ce principe de fonctionnement rend cette opération parfaite pour l'usinage de matériaux extrêmement durs et cassants, tels que le verre, le saphir, le rubis, le diamant et la céramique. Les grains abrasifs sont situés au sein d'une bouillie d'eau dont la concentration est comprise entre 20 et 60 % en volume. La boue agit également comme transporteur des débris loin de la zone de coupe/usinage. Nous utilisons comme grains abrasifs principalement du carbure de bore, de l'oxyde d'aluminium et du carbure de silicium avec des granulométries allant de 100 pour les processus d'ébauche à 1000 pour nos processus de finition. La technique d'usinage par ultrasons (UM) est la mieux adaptée aux matériaux durs et cassants comme la céramique et le verre, les carbures, les pierres précieuses, les aciers trempés. La finition de surface de l'usinage par ultrasons dépend de la dureté de la pièce/de l'outil et du diamètre moyen des grains abrasifs utilisés. La pointe de l'outil est généralement en acier à faible teneur en carbone, en nickel et en aciers doux fixée à un transducteur par l'intermédiaire du porte-outil. Le processus d'usinage par ultrasons utilise la déformation plastique du métal pour l'outil et la fragilité de la pièce. L'outil vibre et appuie sur la boue abrasive contenant des grains jusqu'à ce que les grains heurtent la pièce fragile. Lors de cette opération, la pièce est décomposée tandis que l'outil se plie très légèrement. En utilisant des abrasifs fins, nous pouvons atteindre des tolérances dimensionnelles de 0,0125 mm et même mieux avec l'usinage par ultrasons (UM). Le temps d'usinage dépend de la fréquence à laquelle l'outil vibre, de la taille et de la dureté des grains et de la viscosité du fluide de suspension. Moins le liquide boueux est visqueux, plus vite il peut emporter l'abrasif usé. La granulométrie doit être égale ou supérieure à la dureté de la pièce. A titre d'exemple, nous pouvons usiner plusieurs trous alignés de 0,4 mm de diamètre sur une bande de verre de 1,2 mm de large avec un usinage par ultrasons.

 

 

 

Entrons un peu dans la physique du processus d'usinage par ultrasons. Le micro-écaillage dans l'usinage par ultrasons est possible grâce aux fortes contraintes produites par les particules frappant la surface solide. Les temps de contact entre les particules et les surfaces sont très courts et de l'ordre de 10 à 100 microsecondes. Le temps de contact peut être exprimé par :

 

à = 5r/Co x (Co/v) exp 1/5

 

Ici r est le rayon de la particule sphérique, Co est la vitesse de l'onde élastique dans la pièce (Co = sqroot E/d) et v est la vitesse avec laquelle la particule frappe la surface.

 

La force qu'une particule exerce sur la surface est obtenue à partir du taux de changement de quantité de mouvement :

 

F = d(mv)/dt

 

Ici m est la masse du grain. La force moyenne des particules (grains) frappant et rebondissant de la surface est :

 

Favg = 2mv / à

 

Voici le temps de contact. Lorsque les chiffres sont branchés sur cette expression, nous voyons que même si les pièces sont très petites, puisque la surface de contact est également très petite, les forces et donc les contraintes exercées sont significativement élevées pour provoquer des micro-écaillages et de l'érosion.

 

 

 

USINAGE ROTATIF PAR ULTRASONS (RUM) : cette méthode est une variante de l'usinage par ultrasons, dans laquelle nous remplaçons la suspension abrasive par un outil doté d'abrasifs diamantés à liant métallique qui ont été soit imprégnés, soit galvanisés sur la surface de l'outil. L'outil est mis en rotation et vibré par ultrasons. Nous pressons la pièce à pression constante contre l'outil rotatif et vibrant. Le processus d'usinage rotatif par ultrasons nous donne des capacités telles que la production de trous profonds dans des matériaux durs à des taux d'enlèvement de matière élevés.

 

 

 

Étant donné que nous déployons un certain nombre de techniques de fabrication conventionnelles et non conventionnelles, nous pouvons vous aider chaque fois que vous avez des questions sur un produit particulier et sur le moyen le plus rapide et le plus économique de le fabriquer.