Pelajaran 6.9MemotongBab 6 · Pemotongan dan permesinan non-tradisional

Permesinan ultrasonik

Perkakas bergetar memukulkan butiran abrasif ke permukaan

Permesinan ultrasonik membuat perkakas berbentuk bergetar sekitar 20.000 kali per detik terhadap material keras dan rapuh, melalui pasta butiran abrasif. Setiap pukulan mengelupas serpihan mikroskopis, sehingga bentuk perkakas perlahan masuk ke kaca atau keramik tanpa meretakkannya. Teknik ini membuat lubang persegi, berbentuk bintang, dan slot pada kaca dan keramik yang akan pecah jika dibor.

Foto: Public domain, melalui Wikimedia Commons

Permesinan ultrasonik · mesin dan close-up ujung perkakasAngka berlingkar sesuai dengan langkah di bawah; close-up di kanan memperbesar ujung perkakas.

Cara kerjanya

Buat sinyal. Generator menghasilkan sinyal listrik pada biasanya 18–40 kHz (ribuan siklus per detik), tepat di atas jangkauan pendengaran manusia.
Ubah menjadi getaran. Transduser piezoelektrik (tumpukan kristal yang memanjang dan memendek mengikuti tegangan) mengubah sinyal menjadi getaran mekanis.
Perkuat. Horn, atau sonotrode (batang logam meruncing), memperbesar gerakan hingga beberapa seperseratus milimeter di ujung perkakas.
Umpankan slurry. Slurry (air yang dicampur butiran abrasif seperti boron karbida, silikon karbida, atau alumina) mengalir di antara perkakas dan part.
Kelupas. Setiap pukulan perkakas mendorong butiran ke permukaan. Material rapuh retak menjadi serpihan mikroskopis; perkakas itu sendiri tidak pernah memotong secara langsung.
Umpankan dan salin. Gaya ringan dan stabil mendorong perkakas turun, sehingga bentuk negatif persisnya masuk ke part. Slurry segar membawa serpihan pergi.

Fakta kunci

Material: Material keras dan rapuh: kaca, kuarsa, safir, keramik alumina dan zirkonia, silikon karbida, ferit, karbida. Buruk pada logam lunak yang ulet.
Komponen khas: Lubang bulat dan berbentuk aneh, slot, rongga dangkal, dan ukiran pada part rapuh
Ukuran komponen: Fitur dari sekitar 0,1 mm hingga beberapa puluh milimeter; muka perkakas biasanya kecil
Presisi: Biasanya beberapa seperseratus milimeter
Hasil permukaan: Halus dan doff, tanpa kerusakan panas atau burr; lebih mulus dengan grit lebih halus, sering Ra (tinggi rata-rata tonjolan permukaan) di bawah 1 µm
Ukuran batch yang cocok: Dari prototipe hingga seri besar (satu part hingga 100.000 atau lebih)
Biaya perkakas dan mesin: Perkakas sederhana dan lunak (sering baja karbon rendah) tetapi cepat aus; mesin dari puluhan ribu dolar, lebih mahal untuk versi rotari CNC
Kecepatan: Lambat: perkakas biasanya maju sepersekian milimeter hingga sekitar satu milimeter per menit

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Memotong kaca, keramik, dan batu permata tanpa meretakkannya
Bentuk lubang apa pun, tidak hanya bulat
Tanpa panas, tanpa perubahan kimia, tanpa burr
Bekerja pada isolator listrik, tidak seperti EDM dan ECM

Batasan

Lambat, terutama untuk lubang dalam
Perkakas aus dan harus diganti atau dibentuk ulang
Buruk pada logam lunak yang ulet, yang penyok alih-alih terkelupas
Lubang dalam meruncing, dan slurry sulit mencapai dasar

Di mana dipakai

ElektronikLubang dan slot pada substrat keramik, ferit, dan part kuarsa
OptikLubang berbentuk pada jendela kaca, kuarsa, dan safir
DirgantaraFitur pada keramik teknis dan komposit keramik
Pembuatan jam tangan dan perhiasanPengeboran batu permata dan part safir
LaboratoriumPart kaca dan kuarsa untuk instrumen ilmiah

Cara mengenalinya

Lubang tidak bulat (persegi, bintang, slot) yang dipotong pada kaca atau keramik.
Dinding lubang dengan tekstur doff “berembun” yang halus dan tanpa bekas panas.
Sedikit runcing pada lubang dalam, dan serpihan kecil di sepanjang tepi keluar.

Bandingkan dengan

Sinker EDM6.6juga menyalin perkakas berbentuk ke part, tetapi dengan percikan, sehingga hanya bekerja pada bahan konduktif.Pemotongan waterjet6.4juga memakai butiran abrasif, tetapi dibawa oleh semburan, memotong profil tembus, bukan rongga buntu.Penggerindaan5.7juga abrasif, tetapi butirannya terikat dalam roda berputar, bukan dipukulkan lepas.

Tonton

ADTW Study · Animasi perkakas bergetar, slurry, dan rongga

Innovative learning of Engineering By MuthuKumar · Transduser, horn, perkakas, dan pasokan slurry dijelaskan

Berkness Company · Rekaman nyata dari bengkel permesinan

DMG MORI · Varian rotari modern: perkakas berlian yang berputar dan juga bergetar

Lihat foto asli

Wikipedia: Ultrasonic machining — prinsip, frekuensi, abrasif, dan varian (sebagian besar teks)
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

Perkakas yang bergetar sekitar 20.000 kali per detik memukulkan butiran abrasif yang mengelupas material rapuh.
Ini metode lubang berbentuk untuk kaca, keramik, dan permata, yang tidak bisa ditangani bor dan percikan.
Carilah lubang berbentuk aneh pada kaca atau keramik dengan dinding berembun.