Usinage Ultrasons :Définition, Pièces, Fonctionnement, Avantages, Inconvénients, Applications [Avec PDF]

Usinage par ultrasons est un procédé d'usinage soustractif non conventionnel largement utilisé dans les industries pour usiner des matériaux fragiles et plus durs. En raison de son haut degré de précision, il s'agit d'une méthode d'usinage recommandée pour les composants critiques. Apprenons-en plus sur le processus d'usinage par ultrasons, le principe de fonctionnement, les éléments clés, les avantages et les inconvénients dans cet article.

Définition de l'usinage par ultrasons

L'usinage par ultrasons relève d'un processus d'usinage non conventionnel spécifiquement utilisé pour l'usinage de matériaux durs et cassants. L'usinage par ultrasons est également largement utilisé dans l'usinage de la céramique.

Contrairement à d'autres procédés d'usinage non conventionnels comme l'usinage par faisceau laser, l'usinage par décharge électrique, l'usinage par ultrasons ne génère aucune chaleur ni aucune contrainte résiduelle sur la pièce. C'est la raison pour laquelle les céramiques et les pièces fragiles peuvent être facilement usinées par usinage par ultrasons sans rupture.

L'usinage par ultrasons est également appelé usinage par vibration ultrasonique car cette méthode utilise un outil qui vibre à haute fréquence et, lorsqu'il est combiné avec des particules abrasives, élimine les matériaux de la pièce.

Pièces clés de la machine à ultrasons

Il y a principalement cinq parties clés dans une machine à ultrasons

• Transducteur électromécanique
• Sonotrode
• Unité de contrôle
• Lisier d'abrasion
• Pistolet à abrasion

Transducteur électromécanique

Le transducteur électromécanique est connecté à l'unité de contrôle. L'unité de contrôle dispose d'un oscillateur électronique qui crée un courant alternatif oscillant à haute fréquence dans la plage de 28 à 40 kHz.

Le transducteur électromécanique convertit ce courant oscillant en vibration mécanique. Il existe principalement deux types de transducteurs utilisés dans les machines à ultrasons.

• Transducteur piézoélectrique
• Transducteur magnétostrictif

Sonotrode

Le transducteur pilote la Sonotrode à des fréquences élevées et de faibles amplitudes. Une extrémité de la Sonotrode est connectée au transducteur et l'autre extrémité contient l'outil. Sonotrode est en acier à faible teneur en carbone.

Unité de contrôle

L'unité de contrôle est ce qui transmet la puissance. Il a un oscillateur électronique qui produit un courant alternatif à haute fréquence.

Lisier d'abrasion

Les matériaux abrasifs tels que l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium, le carbure de bore, lorsqu'ils sont mélangés avec de l'eau, forment une boue abrasive. Le taux d'eau est compris entre 20 et 60 %.

Pistolet à abrasion

Le pistolet à abrasion fournit le mélange de particules abrasives et d'eau entre la Sonotrode et la pièce à une pression contrôlée.

Principe de fonctionnement du processus d'usinage par ultrasons

L'usinage par ultrasons élimine la matière de la pièce en raison de la magnétostriction. Cela signifie que tout matériau magnétique change de taille et de forme lorsqu'il est magnétisé.

L'unité de commande/unité de puissance fournit un courant alternatif au transducteur à haute fréquence. Le transducteur convertit cette énergie électrique en vibration mécanique.

Le transducteur fait vibrer à son tour la sonotrode à haute fréquence et à faible amplitude. La fréquence varie de 20 à 30 kHz et l'amplitude varie de 0,01 à 0,06 mm.

Lorsque la sonotrode vibre et appuie contre la pièce, la boue abrasive s'écoule entre la sonotrode et la pièce. L'impact de la vibration de la sonotrode et du frottement entre les particules abrasives et la surface de la pièce s'éloigne des particules métalliques souhaitées de la surface de travail.

Le temps d'usinage dépend uniquement de la dureté et de la ténacité de la pièce, de la taille des particules abrasives, de l'amplitude des vibrations de la sonotrode et du taux d'eau dans la suspension abrasive. La douceur et la précision de l'usinage par ultrasons dépendent de la dureté et de la ténacité du matériau. Les métaux plus tendres offrent un usinage très doux et précis tandis que les métaux durs et cassants forment des surfaces rugueuses.

Types d'usinage par ultrasons

Il existe deux types de processus d'usinage par ultrasons.

• Usinage rotatif par ultrasons
• Usinage par ultrasons assisté chimiquement

Usinage rotatif par ultrasons

Dans l'usinage rotatif par ultrasons, l'outil oscille le long de l'axe vertical. Aucune boue abrasive n'est utilisée dans ce processus. Au lieu de cela, le diamant est imprégné à la pointe de l'outil qui broie jusqu'à la pièce. Ce processus convient à l'usinage de la céramique, du quartz, etc. L'usinage rotatif par ultrasons peut également créer des trous profonds car il n'y a pas de boue abrasive qui doit atteindre le fond du trou.

Usinage par ultrasons assisté chimiquement

L'usinage par ultrasons assisté chimiquement est similaire à l'usinage par ultrasons traditionnel mais utilise un produit chimique comme l'acide fluorhydrique au lieu de l'eau pour former la suspension abrasive. Cela permet d'accélérer le taux d'enlèvement de matière et d'améliorer la finition par rapport au processus d'usinage par ultrasons traditionnel.

Application de l'Usinage Ultra sonique

• Usinage de matériaux fragiles et plus durs.
• Usinage de pièces où la précision est importante
• Trous et fentes de profilage
• Usinage du verre et de la céramique.
• Pièces électromécaniques pour lesquelles un usinage petit et complexe est important.
• Gravure et filetage
• Tranchage et brochage de matériaux durs

Avantages de l'usinage par ultrasons

• Il peut être utilisé pour l'usinage de matériaux durs et cassants
• Il peut être utilisé pour toute forme petite et complexe
• Peut facilement usiner le verre sans le casser
• Lors de l'usinage, l'usinage par ultrasons ne modifie pas les propriétés physiques des métaux.
• Une précision et une exactitude supérieures peuvent être obtenues à un coût relativement moindre
• Aucune distorsion dans la géométrie de la pièce car aucune chaleur n'est générée.
• Convient aux métaux conducteurs et non conducteurs
• Un technicien qualifié n'est pas nécessaire.
• Capable de produire des pièces avec des tolérances précises

Inconvénients de l'usinage par ultrasons

• La valeur de dureté du métal doit être de 45 HRC minimum pour l'usinage par ultrasons.
• Le taux de production est très lent. Ne convient pas à la production de masse
• Le taux d'enlèvement de matière lent
• Le taux élevé d'usure des sonotrodes.
• Difficile d'usiner des trous profonds car les particules abrasives ne peuvent même pas atteindre l'extrémité du trou.
• L'usinage par ultrasons est limité à l'usinage de petits trous et coupes.

Conclusion :Usinage par ultrasons

C'est tout ce que nous avons dans cet article. J'espère que vous avez compris l'idée de base du processus d'usinage par ultrasons, son fonctionnement, ses avantages et ses inconvénients. Si vous avez encore des questions sur l'usinage par ultrasons, vous êtes toujours les bienvenus pour écrire vos questions dans la section des commentaires, et je serai heureux de vous aider.

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Foire aux questions (FAQ) sur l'usinage par ultrasons

Quel mouvement la machine-outil à ultrasons utilise-t-elle pour enlever les matériaux ?

Mouvement oscillant

Quelle est la plage de fréquence d'oscillation de l'outil dans l'usinage par ultrasons

18-20 KHz

Quel est le matériau le plus tendre dans l'usinage par ultrasons ? L'outil ou la pièce à usiner ?

L'outil est plus doux que la pièce en usinage par ultrasons.

Y a-t-il de la chaleur générée lors de l'usinage par ultrasons ?

Aucune chaleur n'est générée lors de l'usinage par ultrasons