Usinage Ultrasonique (USM) : Principe, Équipements, Applications, Avantages et Inconvénients

Usinage Ultrasonique (USM - Ultrasonic Machining)

Procédé non-traditionnel (1950, finition EDM) pour matériaux durs/fragiles. Faible coût, pas de chaleur, usinage efficace. Vibrations ultrasoniques (20-30 kHz, 25-50 µm) → force abrasifs (boue) → indentation pièce fragile → enlèvement.

Principe

Même principe soudage ultrasonique. Ondes ultrasoniques → vibration haute fréquence/faible amplitude → force motrice abrasifs. Indentation particule abrasive → enlèvement par micro-éclatement.

Équipements

Source Alimentation Haute Fréquence

Convertit 60 Hz → 20 kHz haute tension.

Transducteur Magnétostrictif

Signal électrique → vibration mécanique. Nickel/alliage nickel.

Amplificateur (Booster)

Amplifie vibration transducteur → corne.

Outil

Résistant indentation abrasifs → tenace/ductile : acier, inox. Pas de fracture fragile outil.

Porte-Outil / Corne (Horn)

Transmet vibration amplifiée → outil. Limite endurance élevée.

Boue Abrasive (Abrasive Slurry)

Eau + SiC/Al₂O₃/B₄C. Système alimentation/retour boucle fermée.

Fonctionnement (5 Étapes)

1. Courant BF → convertisseur → courant HF (20 kHz).
2. Transducteur : électrique HF → vibration mécanique HF.
3. Booster : amplification vibration → corne.
4. Corne → outil : vibration fréquence ultrasonique.
5. Outil vibrant → abrasifs vibrant → impact pièce → enlèvement.

Applications

• Matériaux durs/fragiles : carbure, céramique, verre.
• Outillages : matrices, filières tréfilage, forets.
• Pales turbines nitrure silicium.
• Découpe diamant forme désirée.
• Matériaux durs non-conductifs (inaccessibles ECM/EDM).

Avantages

• Usinage facile matériaux durs.
• Pas de chaleur → pas revenu/modification structure.
• Non-conductifs usinables (vs ECM/EDM).
• Pas de copeaux significatifs.

Inconvénients

• Lent vs procédés mécaniques classiques.
• Usure outil élevée (abrasifs attaquent outil + pièce).
• Uniquement matériaux durs (ductiles impossibles).
• Trous profonds impossibles.