超音波加工とは何ですか？-作業とプロセス

超音波加工について聞いたことがありますか？超音波振動加工とも呼ばれ、粒子と組み合わされた高周波振動を使用してワークピースから材料を除去するために使用される製造プロセスです。

超音波ツールは基本的に多くの小さな振動を発生させ、時間の経過とともに、使用するワークピースから材料を取り除きます。超音波加工とその仕組みの詳細については、読み続けてください。

超音波加工とは何ですか？

超音波加工は、微細な研磨粒子の存在下で材料表面に対する工具の高周波、低振幅の振動によって部品の表面から材料を除去するサブトラクティブ製造プロセスです。ツールは、0.05〜0.125 mm（0.002〜0.005インチ）の振幅で部品の表面に対して垂直または直交して移動します。

微細な砥粒を水と混合してスラリーを形成し、部品と工具の先端に分散させます。研磨材の一般的な粒子サイズは100〜1000の範囲であり、粒子が小さいほど（粒子数が多いほど）、表面仕上げが滑らかになります。

超音波振動加工は、通常、脆性材料だけでなく、微小亀裂のメカニズムにより硬度の高い材料にも使用されます。

超音波加工では、工具が振動を発生させ、マイクロサイズの粒子をワークピースに向けて投射します。粒子は通常、水または他の液体と混合されてスラリーを作成します。

超音波ツールがアクティブになると、これらの粒子がワークピースの表面に向かって高速で投射されます。粒子の研磨性は、ワークピースの表面から材料を削り取るのに役立ちます。

超音波加工プロセス

材料を切断するための機械に存在するツールは、ワークピースと比較して柔らかい材料から作られています。ツールは通常、軟鋼やニッケルなどの材料で作られています。ツールが振動すると、砥粒と粒子を含む砥粒（液体）が追加されます。

ワークピースが粒子と相互作用するまで、研磨剤スラリーを添加します。液体の粒子が追加されるため、工具が徐々に変形する間、ワークピースの作業脆性が表面を摩耗させます。

超音波加工の動作原理

超音波装置に費やされる時間は、振動工具の周波数に完全に依存します。また、研磨剤スラリーの粒子サイズ、剛性、粘度にも依存します。

研磨液に使用される粒子は、他の粒子よりも剛性が高いため、通常は炭化ホウ素または炭化ケイ素です。使用済みの研磨剤は、スラリー液の粘度が低いと簡単に持ち去ることができます。

超音波加工の種類

1。回転式超音波振動加工

回転式超音波振動加工（RUM）では、垂直振動ツールはツールの垂直中心線を中心に回転できます。研磨剤スラリーを使用して材料を除去する代わりに、工具の表面にダイヤモンドを含浸させて、部品の表面を研磨します。

回転式超音波装置は、ガラス、石英、構造用セラミック、Ti合金、アルミナ、炭化ケイ素などの高度なセラミックや合金の加工に特化しています。回転式超音波装置を使用して、高レベルの精度で深い穴を作成します。

回転式超音波振動加工は比較的新しい製造プロセスであり、現在も広く研究されています。現在、研究者はこのプロセスをマイクロレベルに適応させ、機械がフライス盤と同様に動作できるようにしようとしています。

2。化学支援超音波振動加工

化学支援超音波加工（CUSM）では、化学反応性研磨液を使用して、ガラスおよびセラミック材料のより優れた加工を保証します。フッ化水素酸などの酸性溶液を使用すると、従来の超音波加工に比べて、材料除去率や表面品質などの加工特性を大幅に向上させることができます。

CUSMを使用すると、加工にかかる時間と表面粗さが減少しますが、新しいスラリーの選択により化学反応性が追加されるため、入口プロファイルの直径は通常よりもわずかに大きくなります。この拡大の範囲を制限するために、ユーザーの安全と高品質の製品を確保するために、スラリーの酸含有量を慎重に選択する必要があります。

超音波加工のアプリケーション

超音波加工の用途は次のとおりです。

• 非常に正確で複雑な形状の物品の機械加工。
• 任意の形状の丸い穴を開けます。
• もろい材料を粉砕します。
• 穴のプロファイリング。
• 彫刻
• 穿頭とコイニング
• スレッド
• 硬い素材のスライスとブローチ。
• ガラス、セラミックの機械加工。
• 精密な鉱物石、タングステンの機械加工。
• ダイのピアシングおよび操作の分離用。
• これは、微細構造ガラスウェーハなどの微小電気機械システムコンポーネントの作成に使用できるほど正確です。
• ダイヤモンドは希望の形にカットされます。

超音波加工の利点

ワークピースから材料を取り除くことができる他の数十の製造プロセスがあり、それらの用途は通常、丈夫で耐久性のある材料で作られたワークピースに限定されています。ただし、超音波加工は、硬くて脆い材料で作られたものを含め、ほぼすべてのタイプのワークピースから材料を除去できるという点で独特です。

ワークピースがガラス、セラミック、さらには石英でできているかどうかにかかわらず、その物理的寸法は超音波加工を使用して変更できます。

超音波加工では、ワークピースを加熱する必要はありません。ワークピースが熱ゆらぎに敏感な場合は、この機械加工プロセスを使用して安全に変更できます。超音波加工中、ワークピースの温度は同じままです。つまり、このプロセスではワークピースの加熱も冷却も必要ありません。

さらに、超音波加工は他の多くの加工プロセスよりも高い耐性を提供します。他の機械加工プロセスでは不可能な高い公差のワークピースを修正することができます。

超音波加工のデメリット

一方、超音波加工にはいくつかの欠点があり、その1つは、材料の除去速度が平均より遅いことです。ワークピースから材料を取り除くのは特に速い方法ではありません。

それどころか、他のほとんどの機械加工プロセスよりも低速です。大量生産プロセスを探している製造会社にとって、超音波加工は不適切な選択かもしれません。

材料の除去速度が平均より遅いことに加えて、超音波加工は深い穴の使用をサポートしていません。製造会社がワークピースを超音波加工ツールにさらす前に、ワークピースにドリルで穴を開けることは珍しくありません。ただし、穴が深すぎると、スラリーで穴を埋めることができません。