Usinage ultrasonique (USM) : composants, processus, applications et avantages – Guide PDF

Vous avez sûrement entendu parler de capteurs ultrasoniques, débitmètres ultrasoniques, tests ultrasoniques, et bien plus. Aujourd'hui, nous verrons un autre type de procédé d'usinage non traditionnel appelé « Usinage ultrasonique » aussi connu sous le nom d'USM.

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Qu'est-ce que l'usinage ultrasonique ?

Le procédé d'usinage ultrasonique est un processus d'usinage non traditionnel où un outil à haute fréquence vibre contre le matériau de la pièce avec une boue abrasive entre eux à travers une buse.

Contrairement aux machines conventionnelles comme la machine CNC, le processus d'usinage ultrasonique peut être utilisé pour usiner des matériaux comme les céramiques, l'acier, les pierres précieuses, etc.

Principe de fonctionnement de l'usinage ultrasonique

Le processus d'usinage ultrasonique est similaire au processus d'usinage par jet abrasif.

Construction de l'usinage ultrasonique

1. Alimentation électrique
2. Générateur haute fréquence
3. Transducteur électromécanique
4. Transformateur d'amplitude ultrasonique
5. Porte-outil
6. Outil
7. Boue abrasive
8. Pompe

Alimentation électrique

Le processus d'usinage ultrasonique nécessite une alimentation en courant alternatif pour son fonctionnement.

Générateur haute fréquence

Le générateur haute fréquence augmente la fréquence du courant alternatif de 50-60 Hz à environ 20 000 à 40 000 Hz.

Transducteur électromécanique

Le transducteur électromécanique reçoit le courant du générateur haute fréquence et le convertit en vibrations mécaniques.

Transformateur d'amplitude ultrasonique

Il sert à amplifier les vibrations produites par le transducteur électromécanique. Il est aussi appelé le « cornet ».

Porte-outil

Au bout du transformateur d'amplitude ultrasonique se trouve le porte-outil. Comme son nom l'indique, il maintient fermement l'outil en place pendant l'opération.

Outil

L'outil est fait de matériaux comme l'acier inoxydable, l'acier doux, etc. De plus, l'outil a la forme de la cavité à former sur la pièce.

Boue abrasive

Une boue abrasive est un mélange de particules abrasives comme le carbure de silicium, l'alumine ou le carbure de bore mélangées à de l'eau ou de l'huile.

Ce sont les particules abrasives qui causent l'érosion du matériau de la pièce.

Pompe

Une pompe centrifuge est utilisée pour pomper la boue abrasive à la pression désirée sur la pièce.

Fonctionnement du processus d'usinage ultrasonique

Quand l'alimentation est mise sous tension, le courant alternatif traverse le générateur haute fréquence où la fréquence est amplifiée à 20-40 kHz.

Source – Four30, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Ce courant alternatif haute fréquence est transmis au transducteur électromécanique qui convertit le courant électrique en vibrations mécaniques.

Ces vibrations sont ensuite amplifiées et transférées à l'outil.

La boue abrasive est pompée en continu entre l'outil et la pièce.

Les vibrations de l'outil font que la boue abrasive impacte la pièce. Par l'action abrasive de la boue, la pièce est enlevée petit à petit.

C'est ainsi que fonctionne le processus d'usinage ultrasonique.

Regardez cette vidéo d'animation d'une demi-minute du processus d'usinage ultrasonique :

Avantages de l'usinage ultrasonique

• Capable d'usiner des matériaux fragiles.
• Bonne finition de surface obtenue.
• Haute précision.
• Fonctionnement économique.
• Matériaux conducteurs et non-conducteurs utilisables.

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Limites de l'usinage ultrasonique

• Consomme beaucoup d'énergie.
• Faible taux d'enlèvement de métal.
• La boue abrasive doit être remplacée périodiquement.
• Investissement initial élevé.
• L'extrémité de l'outil s'use et a donc une durée de vie plus courte.

Applications de l'usinage ultrasonique

• Usinage de matériaux fragiles.
• Rectification de matériaux fragiles.
• Perçage par étapes
• Perçage de trous.
• Gravure.
• Production de formes fines et complexes.
• Usinage de matériaux comme le tungstène, carbures, pierres précieuses.

┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ Voilà un aperçu de l'usinage ultrasonique. Dites-nous vos pensées en commentaires.

Nous reviendrons avec un autre article intéressant, en attendant continuez d'apprendre !