Principio di funzionamento della lavorazione ad ultrasuoni
La figura mostra l'operazione di lavorazione ad ultrasuoni. L'oscillatore e l'amplificatore elettronico, noto anche come generatore, converte l'energia elettrica disponibile a bassa frequenza in potenza ad alta frequenza dell'ordine di 20 kHz che viene fornita al trasduttore.
Il trasduttore funziona a magnetron. L'alimentatore ad alta frequenza attiva la pila del materiale magnetostrittivo che produce il moto vibratorio longitudinale dell'utensile. L'ampiezza di questa vibrazione è inadeguata ai fini del taglio. Questa viene quindi trasmessa all'utensile penetrante attraverso un dispositivo di focalizzazione meccanico che fornisce un'intensa vibrazione dell'ampiezza desiderata all'estremità dell'utensile.
Il dispositivo di messa a fuoco meccanico è talvolta chiamato trasformatore di velocità. Questo è un gambo affusolato o chiamato "corno". L'estremità superiore viene fissata o brasata alla faccia inferiore del materiale magnetostrittivo. La sua estremità inferiore è provvista di mezzi per fissare l'utensile.
Tutte queste parti, compreso l'utensile in acciaio a basso tenore di carbonio o inossidabile per la forma della cavità desiderata, agiscono come un unico corpo elastico che trasmette le vibrazioni alla punta dell'utensile.
Gli abrasivi comunemente usati sono
ossido di alluminio (allumina), carburo di boro, carburo di silicio e polvere di diamante. Il boro è il materiale abrasivo più costoso ed è più adatto per il taglio di carburo di tungsteno, acciaio per utensili e gemme. Il silicio trova la maggior applicazione. Per il taglio di vetro e ceramica, l'allumina è la migliore.
Il liquame abrasivo viene diffuso all'interfaccia utensile mediante pompaggio. Un sistema di raffreddamento refrigerato viene utilizzato per raffreddare la sospensione abrasiva a una temperatura compresa tra 5 e 6 ° C. Un buon metodo è mantenere il liquame in un bagno nella zona di taglio.
La dimensione dell'abrasivo varia tra grana 200 e grana 2000. Le qualità grossolane sono buone per la sgrossatura, mentre le qualità più fini, ad esempio la grana 1000, vengono utilizzate per la finitura. Gli abrasivi freschi tagliano meglio e il liquame, quindi, va sostituito periodicamente
Precisione
La velocità massima di penetrazione nei materiali morbidi e fragili come le ceramiche morbide è dell'ordine di 20 mm min, ma per i materiali duri e tenaci, la velocità di penetrazione è inferiore. È possibile una precisione dimensionale fino a t0,005 mm e si possono ottenere finiture superficiali fino a un valore Ra di 0,1-0,125 micron.
È possibile terminare la lavorazione con un raggio minimo dello spigolo di 0,10 mm. La gamma di taglie delle macchine USM varia da un tipo portatile leggero con un input di circa 20 W a macchine pesanti con un input fino a 2 kW.
Limitazioni del processo
La principale limitazione del processo è la velocità di taglio dei metalli relativamente bassa. La velocità massima di rimozione del metallo è di 3 mm® / se il consumo energetico è elevato. La profondità dei fori cilindrici è attualmente limitata a 2,5 volte il diametro dell'utensile.
L'usura dell'utensile aumenta l'angolo del foro, mentre gli angoli acuti si arrotondano. Ciò implica che la sostituzione dell'utensile è essenziale nella produzione di fori ciechi accurati. Inoltre, il processo è limitato, nella sua forma attuale, alla macchina su superfici di dimensioni relativamente piccole.
Sviluppo recente
Recentemente si è verificato un nuovo sviluppo nella lavorazione ad ultrasuoni in cui viene utilizzato un utensile impregnato di polvere di diamante e non viene utilizzato alcun liquame. Lo strumento ha oscillato a frequenze ultrasoniche e ruotato. Se non è possibile ruotare l'utensile, il pezzo può essere ruotato.
Questa innovazione ha eliminato alcuni degli inconvenienti del processo convenzionale nella perforazione di fori profondi. Ad esempio, le dimensioni del foro possono essere mantenute entro +0,125 mm. Nella ceramica sono stati praticati fori fino a 75 mm di profondità senza alcuna riduzione della velocità di lavorazione, come avviene nel processo convenzionale.
Applicazione della lavorazione ad ultrasuoni
La semplicità del processo lo rende economico per un'ampia gamma di applicazioni come:
· Introduzione di fori rotondi e fori di qualsiasi forma per cui è possibile realizzare un utensile. La gamma di forme ottenibili può essere aumentata spostando il pezzo durante il taglio.
· In operazioni di lavorazione come foratura, molatura, profilatura e fresatura su tutti i materiali sia conduttivi che non conduttivi.
· Lavorazione di vetro, ceramica, tungsteno e altri carburi duri, pietre preziose come il rubino sintetico.
· Nel taglio di filettature in componenti di metalli duri e leghe ruotando e traslando approssimativamente il pezzo o l'utensile.
· Nella produzione di matrici e matrici per trafilatura in carburo di tungsteno e filo diamantato per processi di forgiatura ed estrusione.
· Consentire al dentista di praticare un foro di qualsiasi forma sui denti senza creare alcun dolore.
Vantaggi della lavorazione ad ultrasuoni
· I materiali estremamente duri e fragili possono essere facilmente lavorati.
· È possibile ottenere facilmente profili di alta precisione e una buona finitura superficiale.
· Il pezzo lavorato è privo di tensioni.
· Il tasso di rimozione del metallo è basso.
· A causa della quasi totale assenza di generazione di calore nel processo, le proprietà fisiche del materiale di lavoro rimangono invariate.
· Il funzionamento è silenzioso.
· Il funzionamento dell'attrezzatura è abbastanza sicuro.
