Qu'est-ce que l'usinage par ultrasons ? - Travail et processus

Avez-vous entendu parler de l'usinage par ultrasons ? Également connu sous le nom d'usinage par vibration ultrasonique, il s'agit d'un processus de fabrication utilisé pour retirer de la matière d'une pièce grâce à l'utilisation de vibrations à haute fréquence combinées à des particules.

Un outil à ultrasons crée essentiellement de nombreuses petites vibrations qui, au fil du temps, enlèvent de la matière de la pièce avec laquelle il est utilisé. Pour en savoir plus sur l'usinage par ultrasons et son fonctionnement, continuez à lire.

Qu'est-ce que l'usinage par ultrasons ?

L'usinage par ultrasons est un processus de fabrication soustractif qui élimine le matériau de la surface d'une pièce par le biais de vibrations à haute fréquence et de faible amplitude d'un outil contre la surface du matériau en présence de fines particules abrasives. L'outil se déplace verticalement ou orthogonalement à la surface de la pièce à des amplitudes de 0,05 à 0,125 mm (0,002 à 0,005 po).

Les grains abrasifs fins sont mélangés avec de l'eau pour former une bouillie qui est répartie sur la pièce et la pointe de l'outil. Les tailles de grains typiques du matériau abrasif vont de 100 à 1000, où les grains plus petits (nombre de grains plus élevé) produisent des finitions de surface plus lisses.

L'usinage par vibration ultrasonique est généralement utilisé sur des matériaux fragiles ainsi que sur des matériaux à haute dureté en raison de la mécanique de la microfissuration.

Avec l'usinage par ultrasons, un outil crée des vibrations qui projettent des particules microscopiques vers la pièce. Les particules sont généralement mélangées avec de l'eau ou d'autres liquides pour créer une bouillie.

Lorsque l'outil à ultrasons est activé, il projette ces particules à grande vitesse vers la surface de la pièce. La nature abrasive des particules aide à éliminer le matériau de la surface de la pièce.

Processus d'usinage par ultrasons

L'outil présent dans la machine pour couper les matériaux est réalisé dans un matériau tendre par rapport à la pièce à usiner. L'outil est généralement fabriqué à partir de matériaux tels que l'acier doux et le nickel. Lorsque l'outil vibre, la bouillie abrasive (liquide) est ajoutée qui contient des grains et des particules abrasives.

La pâte abrasive est ajoutée jusqu'à ce que les pièces interagissent avec les grains. En raison des particules de liquide ajoutées, la fragilité de la pièce abrase la surface tandis que l'outil se déforme progressivement.

Principe de fonctionnement de l'usinage par ultrasons

Le temps passé sur la machine à ultrasons dépend entièrement de la fréquence de l'outil vibrant. Cela dépend également de la taille des grains de la suspension abrasive, de la rigidité et de la viscosité également.

Les grains utilisés dans le fluide abrasif sont généralement du carbure de bore ou du carbure de silicium car ils sont plus rigides que les autres. L'abrasif utilisé peut être emporté facilement si la viscosité du liquide de suspension est inférieure.

Types d'usinage par ultrasons

1. Usinage rotatif par vibration ultrasonique

Dans l'usinage rotatif par vibration ultrasonore (RUM), l'outil oscillant verticalement est capable de tourner autour de l'axe vertical de l'outil. Au lieu d'utiliser une pâte abrasive pour enlever la matière, la surface de l'outil est imprégnée de diamants qui abrasent la surface de la pièce.

Les machines rotatives à ultrasons sont spécialisées dans l'usinage de céramiques et d'alliages avancés tels que le verre, le quartz, les céramiques structurelles, les alliages de Ti, l'alumine et le carbure de silicium. Les machines rotatives à ultrasons sont utilisées pour produire des trous profonds avec un haut niveau de précision.

L'usinage rotatif par vibration ultrasonore est un procédé de fabrication relativement nouveau qui fait encore l'objet de recherches approfondies. Actuellement, les chercheurs tentent d'adapter ce processus au niveau micro et de permettre à la machine de fonctionner de la même manière qu'une fraiseuse.

2. Usinage par vibration ultrasonique assisté chimique

Dans l'usinage par ultrasons assisté chimiquement (CUSM), un fluide abrasif chimiquement réactif est utilisé pour assurer un meilleur usinage du verre et des matériaux céramiques. En utilisant une solution acide, telle que l'acide fluorhydrique, les caractéristiques d'usinage telles que le taux d'enlèvement de matière et la qualité de surface peuvent être considérablement améliorées par rapport à l'usinage par ultrasons traditionnel.

Alors que le temps passé à usiner et la rugosité de surface diminuent avec CUSM, le diamètre du profil d'entrée est légèrement plus grand que la normale en raison de la réactivité chimique supplémentaire du nouveau choix de boue. Afin de limiter l'ampleur de cet agrandissement, la teneur en acide du lisier doit être soigneusement sélectionnée pour assurer la sécurité des utilisateurs et un produit de qualité.

Applications de l'usinage par ultrasons

Les applications de l'usinage par ultrasons sont :

• Usinage d'articles de forme très précise et complexe.
• Percer les trous ronds de n'importe quelle forme.
• Meulage des matériaux fragiles.
• Profiler les trous.
• Gravure
• Trépanation et frappe
• Enfilage
• Trancher et broyer des matériaux durs.
• Usinage des verres, céramiques.
• Usinage précis des pierres minérales, tungstène.
• Perçage de matrices et opération de tronçonnage.
• Ceci est suffisamment précis pour être utilisé dans la création de composants de systèmes micro-électro-mécaniques tels que des plaquettes de verre micro-structurées
• Le diamant est taillé pour les formes souhaitées.

Avantages de l'usinage par ultrasons

Il existe des dizaines d'autres procédés de fabrication capables d'enlever de la matière des pièces, leurs applications sont généralement limitées aux pièces en matériaux solides et durables. L'usinage par ultrasons est cependant unique, car il est capable d'enlever de la matière de presque tous les types de pièces, y compris celles faites de matériaux durs et cassants.

Qu'une pièce soit en verre, en céramique ou même en quartz, ses dimensions physiques peuvent être modifiées grâce à l'usinage par ultrasons.

L'usinage par ultrasons ne nécessite pas de chauffer les pièces. Si une pièce est sensible aux fluctuations thermiques, elle peut être modifiée en toute sécurité à l'aide de ce processus d'usinage. Pendant l'usinage par ultrasons, la température de la pièce restera la même. En d'autres termes, le processus ne nécessite ni chauffage ni refroidissement de la pièce.

De plus, l'usinage par ultrasons offre une tolérance plus élevée que de nombreux autres procédés d'usinage. Il est capable de modifier des pièces avec des tolérances élevées qui ne sont pas possibles avec d'autres procédés d'usinage.

Inconvénients de l'usinage par ultrasons

D'un autre côté, l'usinage par ultrasons présente quelques inconvénients, dont l'un est un taux d'enlèvement de matière plus lent que la moyenne. Ce n'est pas un moyen particulièrement rapide d'enlever de la matière des pièces.

Au contraire, il est plus lent que la plupart des autres procédés d'usinage. Pour les entreprises manufacturières à la recherche de processus de production de masse, l'usinage par ultrasons peut être un mauvais choix.

En plus d'un taux d'enlèvement de matière plus lent que la moyenne, l'usinage par ultrasons ne prend pas en charge l'utilisation de trous profonds. Il n'est pas rare pour les entreprises de fabrication de percer des trous dans les pièces avant de les exposer à un outil d'usinage à ultrasons. Cependant, si un trou est trop profond, le lisier ne pourra pas le remplir.