Ultrasonische Bewerking Uitgelegd: Werking, Types en Toepassingen

Wat is Ultrasonische Bewerking?

Ultrasonische bewerking is een subtractief productieproces dat materiaal van het oppervlak van een onderdeel verwijdert door hoge-frequente, lage-amplitude trillingen van een gereedschap tegen het materiaaloppervlak, in de aanwezigheid van fijn abrasieve deeltjes. Het gereedschap beweegt verticaal of orthogonaal naar het oppervlak van het onderdeel met amplitudes van 0,05 tot 0,125 mm (0,002 tot 0,005 inch).

De fijn abrasieve korrels worden met water gemengd tot een slib dat verdeeld wordt over het onderdeel en de top van het gereedschap. Typische korrelgroottes van het abrasieve materiaal variëren van 100 tot 1000, waarbij kleinere korrels (hogere korrelnummer) gladde oppervlakteafwerkingen produceren.

Ultrasonische trillingsbewerking wordt typisch gebruikt op brosse materialen en materialen met hoge hardheid door de micro-kraakmechanica.

Bij ultrasonische bewerking creëert een gereedschap trillingen die micro-gedeeltelijke deeltjes naar het werkstuk projecteren. De deeltjes worden meestal met water of andere vloeistoffen gemengd om een slib te creëren. Wanneer het ultrasoon-gereedschap geactiveerd wordt, projecteert het deze deeltjes met hoge snelheid naar het oppervlak van het werkstuk. De abrasieve aard van de deeltjes helpt om materiaal van het oppervlak af te slijpen.

Ultrasonisch Bewerkingsproces

Het gereedschap in de machine voor het snijden van materialen is gemaakt van een zacht materiaal vergeleken met het werkstuk. Het gereedschap is meestal gemaakt van zacht staal en nikkel. Wanneer het gereedschap trilt, wordt het abrasieve slib (vloeistof) toegevoegd dat abrasieve korrels en deeltjes bevat. Door de deeltjes in de vloeistof wordt de brosheid van het werkstuk het oppervlak afgeslepen, terwijl het gereedschap geleidelijk vervormt.

Werkingsprincipe van Ultrasonische Bewerking

De tijd die in de ultrasoonmachine wordt doorgebracht, hangt volledig af van de frequentie van het trillende gereedschap. Het hangt ook af van de korrelgrootte van het abrasieve slib, de rigiditeit en de viscositeit.

De korrels in de abrasieve vloeistof zijn meestal boorkarbide of siliciumkarbide, omdat ze rigider zijn dan andere. Het gebruikte abrasieve kan gemakkelijk weggevoerd worden als de viscositeit van het slibvloeistof laag is.

Types Ultrasonische Bewerking

1. Rotatie Ultrasonische Trillingsbewerking (RUM)

Bij rotatie ultrasonische trillingsbewerking (RUM) kan het verticaal trillende gereedschap rond de verticale middellijn van het gereedschap draaien. In plaats van een abrasief slib te gebruiken om materiaal te verwijderen, is het oppervlak van het gereedschap geïmpregneerd met diamanten die het oppervlak van het onderdeel afslijpen.

Rotatie ultrasoonmachines zijn gespecialiseerd in het bewerken van geavanceerde keramieken en legeringen zoals glas, kwarts, structurele keramieken, Ti-legeringen, alumina en siliciumkarbide. Ze worden gebruikt om diepe gaten met een hoge mate van precisie te produceren.

Rotatie ultrasonische trillingsbewerking is een relatief nieuw productieproces dat nog steeds uitgebreid wordt onderzocht. Momenteel proberen onderzoekers dit proces aan het microniveau aan te passen en de machine zo te laten functioneren als een freesmachine.

2. Chemisch Ondersteunde Ultrasonische Trillingsbewerking (CUSM)

Bij chemisch ondersteunde ultrasoonbewerking (CUSM) wordt een chemisch reactief abrasief vloeistof gebruikt om een grotere bewerking van glas en keramische materialen te garanderen. Door een zuuroplossing te gebruiken, zoals fluorwaterstofzuur, kunnen bewerkingskenmerken zoals materiaalverwijderingssnelheid en oppervlaktekwaliteit aanzienlijk worden verbeterd vergeleken met traditionele ultrasoonbewerking.

Hoewel de bewerkingstijd en oppervlakteruuwheid afnemen met CUSM, is de insteekprofiel-diameter iets groter dan normaal door de additionele chemische reactiviteit van het nieuwe slib. Om de omvang van deze vergroting te beperken, moet de zuurinhoud van het slib zorgvuldig worden geselecteerd om de veiligheid van de gebruiker en een kwalitatief product te garanderen.

Toepassingen van Ultrasonische Bewerking

• Bewerken van zeer nauwkeurige en ingewikkeld gevormde artikelen.
• Boren van ronde gaten van elke vorm.
• Slijpen van brosse materialen.
• Profieleren van gaten.
• Graveren.
• Uittrekken en munten.
• Draadschnijden.
• Zagen en wervelen van harde materialen.
• Bewerken van glas, keramiek.
• Bewerken van nauwkeurige minerale stenen, wolfram.
• Prikken van stempels en voor afscheidingoperaties.
• Precies genoeg voor het creëren van MEMS-componenten zoals micro-gestructureerde glaswafers.
• Diamant snijden voor gewenste vormen.

Voordelen van Ultrasonische Bewerking

Er zijn tientallen andere productieprocessen die in staat zijn materiaal van werkstukken te verwijderen, maar hun toepassingen zijn meestal beperkt tot werkstukken van sterke en duurzame materialen. Ultrasonische bewerking is uniek omdat het in staat is materiaal van bijna alle typen werkstukken te verwijderen, inclusief die van harde en brosse materialen.

Of een werkstuk nu van glas, keramiek of zelfs kwarts is, de fysieke afmetingen kunnen worden gewijzigd met ultrasoonbewerking.

Ultrasonische bewerking vereist geen verwarming van werkstukken. Als een werkstuk gevoelig is voor thermische fluctuaties, kan het veilig worden bewerkt met dit bewerkingsproces. Tijdens ultrasoonbewerking blijft de temperatuur van het werkstuk hetzelfde. Met andere woorden, het proces vereist noch verwarming noch koeling van het werkstuk.

Bovendien biedt ultrasoonbewerking hogere toleranties dan veel andere bewerkingsprocessen. Het is in staat om werkstukken met hoge toleranties te wijzigen die niet mogelijk zijn met andere bewerkingsprocessen.

Nadelen van Ultrasonische Bewerking

Aan de andere kant zijn er een paar nadelen van ultrasoonbewerking, waarvan een een langzamere dan gemiddelde materiaalverwijderingssnelheid. Het is geen particuliere snelle manier om materiaal van werkstukken te verwijderen. Integendeel, het is langzamer dan de meeste andere bewerkingsprocessen. Voor productiebedrijven die zoeken naar massaproductieprocessen, kan ultrasoonbewerking een slechte keuze zijn.

Naast een langzamere dan gemiddelde materiaalverwijderingssnelheid, ondersteunt ultrasoonbewerking niet het gebruik van diepe gaten. Het is niet ongebruikelijk voor productiebedrijven om gaten in werkstukken te boren voordat ze blootgesteld worden aan een ultrasoonbewerkingsgereedschap. Als een gat te diep is, kan het slib het niet vullen.