超音波加工とは - 作業とプロセス

超音波加工って聞いたことありますか？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。

超音波ツールは本質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されるワークピースから材料を除去します。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?

超音波加工は、微細な研磨粒子の存在下で材料表面に対して工具を高周波、低振幅で振動させることにより、部品の表面から材料を除去する減法製造プロセスです。ツールは、0.05 から 0.125 mm (0.002 から 0.005 インチ) の振幅でパーツの表面に対して垂直または垂直に移動します。

細かい砥粒を水と混合してスラリーを形成し、部品とツール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 から 1000 の範囲で、粒子が小さいほど (粒子数が大きいほど) 滑らかな表面仕上げになります。

超音波振動加工は、通常、脆い材料や、微小亀裂メカニズムによる高硬度の材料に使用されます。

超音波加工では、ツールが振動を発生させ、マイクロサイズの粒子をワークピースに向けて発射します。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。

超音波ツールが作動すると、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に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で作られています。このツールは通常、軟鋼やニッケルなどの素材で作られています。ツールが振動すると、砥粒と粒子を含む研磨スラリー (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、研磨剤スラリーが追加されます。追加された液体の粒子により、ワークピースの加工脆性が表面を摩耗させ、その間にツールが徐々に変形します。

超音波加工の動作原理

超音波マシンに費やされる時間は、振動ツールの周波数に完全に依存します。また、研磨剤スラリーの粒度、剛性、粘度にも依存します。

研磨液に使用される粒子は、通常、炭化ホウ素または炭化ケイ素であり、他の粒子よりも硬いためです。スラリー液の粘度が低いと、使用済みの研磨剤を簡単に排出できます。

超音波加工の種類

1.ロータリー超音波振動加工

ロータリー超音波振動加工 (RUM) では、垂直に振動する工具が工具の垂直中心線を中心に回転できます。研磨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、部品の表面を削ります。

回転式超音波機械は、ガラス、石英、構造用セラミック、チタン合金、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。回転式超音波加工機を使用して、高精度で深い穴を開けます。

ロータリー超音波振動加工は、まだ広く研究されている比較的新しい製造プロセスです。現在、研究者はこのプロセスをミ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.ケミカルアシスト超音波振動加工

化学支援超音波加工 (CUSM) では、化学的に反応する研磨液を使用して、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、従来の超音波加工と比較して、材料除去率や表面品質などの加工特性を大幅に改善できます。

CUSM を使用すると、機械加工に費やされ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る追加の化学反応性により、入口プロファイルの直径は通常よりわずかに大きくなります。この拡大の程度を制限するために、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。

超音波加工の応用

超音波加工の用途:

• 非常に精密で複雑な形状の製品の加工
• あらゆる形の丸い穴を開けること
• もろい材料を粉砕する。
• 穴のプロファイリング。
• 彫刻
• トレパニングとコイニング
• スレッド化
• 硬質材料のスライスとブローチ
• ガラス、セラミックスの加工
• 精密な鉱物石、タングステンの加工
• 金型のピアシングおよび突っ切り作業
• これは、微細構造ガラス ウエハーなどのマイクロ電気機械システム コンポーネントの作成に使用できるほど正確です
• ダイヤモンドを希望の形にカットします。

超音波加工の利点

ワークピースから材料を除去できる製造プロセスは他にも数十ありますが、それらの用途は通常、強力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、ほぼすべての種類のワークピースから材料を除去できるという点でユニークです。

ワークピースがガラス、セラミック、またはクォーツ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。ワークが熱変動に敏感な場合、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変わりません。言い換えれば、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公差を提供します。他の機械加工プロセスでは不可能な高い公差でワークピースを修正できます。

超音波加工の欠点

一方、超音波加工にはいくつかの欠点があり、そのうちの 1 つは平均よりも材料の除去速度が遅いことです。これは、ワークピースから材料を除去するための特に高速な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遅くなります。大量生産プロセスを探している製造会社にとって、超音波加工は適切な選択ではないかもしれません.

材料の除去速度が平均よりも遅いことに加えて、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にドリルで穴を開けてから超音波加工ツールにさらすことは珍しくありません。ただし、穴が深すぎると、スラリーは穴を埋めることができません。