Usinage par ultrasons :définition, pièces, principe de fonctionnement, avantages, application

L'usinage par ultrasons est un processus de fabrication qui enlève de la matière de la surface par des vibrations à haute fréquence et de faible amplitude d'un outil contre la surface du matériau, présence de fines particules abrasives.

Dans cet article, nous étudierons en détail la définition, la construction ou les pièces, les principes de fonctionnement, les avantages, les inconvénients et l'application de l'usinage par ultrasons.

Qu'est-ce que le processus d'usinage par ultrasons ?

L'usinage par ultrasons est un processus d'usinage non conventionnel dans lequel les abrasifs frappent la pièce pour enlever le matériau. Cette méthode d'usinage recourt à la percussion ou au martelage d'abrasifs contre la pièce avec l'outil.

Donc, nous avons un outil, il n'a pas d'impact direct sur la pièce, mais il y a des particules abrasives placées entre la pièce et l'outil.

Ces particules abrasives sont dures et peuvent conserver leur forme, ce qui signifie qu'elles sont rigides. Par conséquent, elles peuvent provoquer une érosion par impact du matériau de la pièce lorsque vous travaillez dans ce mode particulier de percussion.

Ainsi, le martelage est effectué par un corps appelé outil. Le matériau de l'outil a été suffisamment ductile pour ne pas subir de rupture fragile.

Construction ou pièces du processus d'usinage par ultrasons :

Usinage par ultrasons se compose des parties principales suivantes :

• Alimentation
• Transformateur de vitesse
• Outil
• Lisier abrasif
• Transducteur électromécanique
• Pistolet abrasif
• Pièce

Alimentation :

L'alimentation est également appelée générateur haute fréquence ou oscillateur électronique. La fonction principale est de convertir une alimentation électrique normale qui a une gamme de fréquences de 50-60 HZ en une alimentation électrique haute fréquence jusqu'à une gamme de 20-40kHZ mais l'amplitude de la vibration sera petite jusqu'à une gamme de microns

Transformateur de vitesse :

Le transformateur de vitesse est également appelé la conception du klaxon. La fonction du klaxon est d'amplifier et de focaliser la vibration du transducteur à une intensité adéquate pour entraîner l'outil à accomplir l'opération de coupe.

Ils sont fabriqués en acier dur, non magnétique et facilement usinable ayant une bonne résistance à la fatigue comme le K-Monel, le bronze métallique et l'acier doux.

Les cornes coniques linéairement et exponentiellement enregistrées ont des longueurs égales à la moitié de la longueur d'onde du son dans le métal dont elles sont faites.

Outil :

Le martelage est effectué par un corps qui est connu sous le nom d'outil et le matériau de l'outil a été suffisamment ductile pour qu'en lui-même ne subisse pas de rupture fragile.

Cependant, nous ne pouvons pas éviter l'enlèvement de matière de l'outil parallèlement à la pièce, donc l'usure de l'outil est d'un degré suffisant et il doit également être résistant à la fatigue car pour augmenter le taux d'enlèvement de matière, nous augmentons le taux de martelage aux fréquences ultrasonores .

Donc, si tel est le cas, il y aura un chargement dynamique sur le matériau de l'outil. Il doit donc être résistant à la fatigue. Et la cadence d'usinage est proportionnelle à ce martelage

Lisier abrasif :

Les abrasifs doivent être appliqués sur le site d'usinage et doivent être retirés avec le matériau usiné de la pièce à usiner et du matériau de l'outil, de sorte qu'ils sont transportés dans une boue vers et depuis le site d'usinage.

L'outil est plaqué contre la pièce pour créer une légère pression, suffisamment faible pour ne pas écraser les abrasifs et suffisamment élevée pour assurer la fracturation du poste de travail.

Les abrasifs ont une résistance à la rupture plus élevée que la pièce à usiner. tout d'abord, les abrasifs doivent être fournis.

Ainsi, ils sont appliqués sur le site d'usinage en étant transportés dans un milieu aqueux généralement et cela s'appelle une boue.

Transducteur électromécanique :

Le transducteur convertit l'énergie électrique en vibration mécanique. Le signal électrique haute fréquence est transmis au transducteur qui le convertit en haute fréquence et présente des vibrations de faible amplitude.

Il existe deux types de transducteurs utilisés :

• Transducteur piézoélectrique
• Transducteur magnéto-restrictif.

Transducteur piézoélectrique :

Lorsque ce transducteur est comprimé, il génère un petit courant électrique. et lorsqu'un courant électrique le traverse, il se dilate. Lorsque le courant est supprimé, le cristal retrouve sa taille et sa forme d'origine. ces transducteurs sont disponibles jusqu'à 900 Watts.

Transducteur magnétostrictif :

Lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique, ces types de transducteurs changent également de forme. Ces transducteurs sont en nickel et alliage de nickel. L'efficacité est d'environ 20-30%. De tels transducteurs sont disponibles jusqu'à 2000 Watts, le changement maximum de longueur est d'environ 25 microns.

Pistolet abrasif :

Les abrasifs sont appliqués sur le site d'usinage en étant transportés dans un milieu aqueux généralement et cela s'appelle une boue.

Mettons volume/volume disons 20 parties d'abrasifs dans 100 parties d'eau et laissons-le être appliqué par une buse ou par un pistolet abrasif c'est-à-dire par un jet sur le site d'usinage afin que tout le temps le site de la machine reçoive des abrasifs frais sous une pression définie et les débris d'usinage :c'est-à-dire enlever la matière cassée, les abrasifs, toutes ces choses sont éliminées par ce jet d'eau et d'abrasifs uniquement.

Pièce :

Les matériaux fragiles non conducteurs comme la céramique technique sont usinés par un procédé d'usinage par ultrasons.

Il n'endommage pas thermiquement la pièce et n'introduit pas de contrainte résiduelle sur la pièce. Les formes 3D peuvent être complexes à cause de ce processus sur la pièce.

Principe de fonctionnement du processus d'usinage par ultrasons :

Le fonctionnement de l'usinage par ultrasons est :il y a un espace entre l'outil et la pièce d'environ 0,25 mm. L'outil est constitué d'un matériau ductile. Entre l'outil et la pièce, il y a une bouillie d'abrasif.

L'abrasif s'incruste dans l'outil et pendant la descente de l'outil, les abrasifs martèlent la pièce, enlevant de la matière.

Ce matériau sera chassé de la zone d'usinage par le flux de l'outil en suspension est rendu légèrement conique pour produire des trous droits.

Lors de l'augmentation de la viscosité du fluide porteur, le taux d'élimination de matière diminue en raison de la difficulté de rinçage. En augmentant la fréquence, le MRR augmentera car le nombre d'impacts par unité de temps augmentera.

En augmentant l'amplitude, le MRR augmentera en raison de l'augmentation de la quantité de mouvement des abrasifs.

L'amplitude de la vibration peut varier de 5 à 75 µm et la fréquence peut varier de 19 à 25 kHz.

En augmentant la concentration d'abrasifs, l'impact sera là à plus d'endroits ce qui augmente le MRR (Material Removal Rate).

Mais lorsque la concentration augmente au-delà d'une certaine valeur, en raison de la collision entre les abrasifs, l'élan est perdu, ce qui diminue le MRR.

En augmentant la taille de l'abrasif, un impact apparaîtra dans la plus grande zone. Mais lorsque la taille augmente au-delà d'une certaine valeur, la quantité de mouvement des abrasifs va diminuer.

A noter que :MRR :ECM> EDM> USM

Vidéo de travail d'usinage par ultrasons :

Avantages de l'usinage par ultrasons :

Les avantages suivants des ultrasons sont :

• L'Usinage par Ultrasons peut être utilisé avec des matériaux cassants, non conducteurs, durs et fragiles
• La chaleur n'est pas générée dans ce processus d'usinage, il y a donc très peu ou peu de changement physique dans la pièce.
• Non-métal qui ne peut pas être usiné par EDM et ECM en raison d'une mauvaise conductivité électrique, mais peut très bien être usiné par usinage par ultrasons.
• Il y a moins de bavures et moins de distorsion dans les processus.
• Il peut être adopté conjointement avec d'autres nouvelles technologies telles que l'EDM, l'ECG, l'ECM.
• Le fonctionnement est silencieux.
• L'équipement utilisé ici dans cet usinage peut être utilisé par des opérateurs qualifiés et non qualifiés.
• Une bonne finition de surface et une grande précision peuvent être obtenues.
• Chaque matériau peut être usiné quelle que soit sa conductivité.

Inconvénients de l'usinage par ultrasons :

Les inconvénients suivants de l'usinage par ultrasons sont :

• Le taux d'enlèvement de matière est faible.
• Les besoins en énergie pour la coupe sont élevés.
• Le matériau plus souple est difficile à usiner
• Il est difficile de percer des trous profonds dans l'usinage par ultrasons, car il y a une restriction du mouvement de la boue.
• Taux d'usure élevé de l'outil en raison du mouvement des particules abrasives.

Application d'usinage par ultrasons :

Les applications d'usinage par ultrasons suivantes sont :

• L'usinage par ultrasons est utilisé pour l'usinage de céramiques non conductrices.
• Les matériaux qui ont un taux de rebut élevé signifient que les matériaux fragiles peuvent être usinés très efficacement par ce procédé.
• Usinage de matrices pour les opérations de tréfilage, de poinçonnage et de découpage.
• Il permet au dentiste de percer un trou de n'importe quelle forme sur les dents sans aucune douleur.
• Utilisé pour meuler le quartz, le verre, la céramique.
• Utilisé pour tailler les diamants industriels.
• Également utilisé pour fabriquer des matrices.