الدرس 6.9القطعالفصل 6 · القطع والتشغيل غير التقليدي

التشغيل بالموجات فوق الصوتية

أداة مهتزة تطرق حبيبات كاشطة في السطح

التشغيل بالموجات فوق الصوتية يجعل أداة مشكّلة تهتز نحو 20,000 مرة في الثانية على مادة صلبة هشة، عبر عجينة من حبيبات كاشطة. كل ضربة تقتلع رقائق مجهرية، فيغوص شكل الأداة ببطء في الزجاج أو السيراميك دون أن يتشقق. يصنع الثقوب المربعة والنجمية والمشقوقة في الزجاج والسيراميك التي كان المثقاب سيحطمها.

الصورة: Public domain, عبر Wikimedia Commons

التشغيل بالموجات فوق الصوتية · الآلة ولقطة مقرّبة لطرف الأداةالأرقام داخل الدوائر تطابق الخطوات أدناه؛ وتكبّر اللقطة المقرّبة على اليمين طرف الأداة.

كيف تعمل

توليد الإشارة. يولّد المولّد إشارة كهربائية بتردد عادةً 18–40 kHz (ألف دورة في الثانية)، أعلى بقليل من مدى السمع البشري.
تحويلها إلى اهتزاز. يحوّل محوّل كهروضغطي (حزمة بلورات تنمو وتنكمش مع الجهد) الإشارة إلى اهتزاز ميكانيكي.
تضخيمه. يضخّم البوق، أو السونوترود (قضيب معدني مستدق)، الحركة إلى بضعة أجزاء من مئة من المليمتر عند طرف الأداة.
تغذية المعلّق. يتدفق معلّق (ماء ممزوج بحبيبات كاشطة مثل كربيد البورون أو كربيد السيليكون أو الألومينا) بين الأداة والقطعة.
التقطيع. كل ضربة من الأداة تدفع الحبيبات في السطح. تتكسر المادة الهشة إلى رقائق مجهرية؛ والأداة نفسها لا تقطع مباشرة أبدًا.
التغذية والنسخ. قوة خفيفة ثابتة تدفع الأداة إلى الأسفل، فيغوص شكلها السالب بدقة في القطعة. ويحمل المعلّق الجديد الحطام بعيدًا.

حقائق أساسية

المواد: مواد صلبة هشة: الزجاج، الكوارتز، الياقوت الأزرق، سيراميك الألومينا والزركونيا، كربيد السيليكون، الفريت، الكربيدات. ضعيف مع المعادن الليّنة المطيلة.
القطع النموذجية: ثقوب مستديرة وغريبة الشكل، شقوق، تجاويف ضحلة ونقش في قطع هشة
حجم القطعة: ميزات من نحو 0.1 مم إلى بضع عشرات المليمترات؛ ووجه الأداة صغير عادةً
الدقة: عادةً بضعة أجزاء من مئة من المليمتر
تشطيب السطح: ناعم ومطفأ، بلا ضرر حراري أو زوائد؛ وأنعم مع حبيبات أدق، غالبًا Ra (متوسط ارتفاع نتوءات السطح) أقل من 1 µm
حجم الدفعة المناسب: من النماذج الأولية إلى السلاسل الكبيرة (من قطعة واحدة إلى 100,000 أو أكثر)
كلفة العدّة والآلة: الأدوات بسيطة وليّنة (غالبًا من فولاذ منخفض الكربون) لكنها تبلى بسرعة؛ والآلات من عشرات آلاف الدولارات، وأكثر للنسخ الدوّارة بـ CNC
السرعة: بطيء: تتقدم الأداة عادةً من جزء من المليمتر إلى نحو مليمتر في الدقيقة

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

يقطع الزجاج والسيراميك والأحجار الكريمة دون أن يشقّقها
أي شكل ثقب، لا المستدير فقط
بلا حرارة، ولا تغيّر كيميائي، ولا زوائد
يعمل على العوازل الكهربائية، بخلاف EDM وECM

الحدود

بطيء، خاصة للثقوب العميقة
تبلى الأداة وتجب استبدالها أو إعادة تشكيلها
ضعيف مع المعادن الليّنة المطيلة، التي تنبعج بدل أن تتقطّع
الثقوب العميقة تضيق، ويصعب على المعلّق الوصول إلى القاع

أين تُستخدم

الإلكترونياتثقوب وشقوق في ركائز السيراميك وقطع الفريت والكوارتز
البصرياتثقوب مشكّلة في نوافذ الزجاج والكوارتز والياقوت الأزرق
الطيرانميزات في السيراميك التقني والمواد المركّبة السيراميكية
صناعة الساعات والمجوهراتثقب الأحجار الكريمة وقطع الياقوت الأزرق
المختبراتقطع زجاجية وكوارتز للأجهزة العلمية

كيف تتعرف عليها

ثقوب غير مستديرة (مربعة، نجمية، شقوق) مقطوعة في الزجاج أو السيراميك.
جدران ثقوب بملمس مطفأ دقيق «متجمّد» وبلا آثار حرارة.
استدقاق طفيف في الثقوب العميقة، ورقائق صغيرة جدًا على حافة الخروج.

قارنها بـ

التفريغ الكهربائي بالغَرس (Sinker EDM)6.6ينسخ أداة مشكّلة في القطعة أيضًا، لكن بالشرارات، فلا يعمل إلا على المواد الموصلة.القطع بنفاث الماء6.4يستخدم حبيبات كاشطة أيضًا، لكن نفثة تحملها، فتقطع ملامح نافذة لا تجاويف عمياء.التجليخ5.7كاشط أيضًا، لكن الحبيبات مرتبطة في عجلة دوّارة بدل أن تُطرق سائبة.

شاهدها

ADTW Study · رسم متحرك للأداة المهتزة والمعلّق والتجويف

Innovative learning of Engineering By MuthuKumar · شرح المحوّل والبوق والأداة وتغذية المعلّق

Berkness Company · لقطات حقيقية من ورشة تشغيل

DMG MORI · النسخة الدوّارة الحديثة: أداة ماسية تدور وتهتز أيضًا

شاهد صورًا حقيقية

ويكيبيديا: التشغيل بالموجات فوق الصوتية — المبدأ والترددات والكاشطات والمتغيرات (نص في الغالب)
البحث عن الصور في ويكيميديا كومنز

تذكّر

أداة تهتز نحو 20,000 مرة في الثانية تطرق حبيبات كاشطة تقتلع المادة الهشة رقائق.
هو طريقة الثقوب المشكّلة للزجاج والسيراميك والأحجار الكريمة، التي لا تتعامل معها المثاقب ولا الشرارات.
ابحث عن ثقوب غريبة الشكل في الزجاج أو السيراميك بجدار «متجمّد».