超音波機械加工（USM）–主要部品、動作原理、アプリケーションの長所と短所

超音波加工（USM） 超音波振動加工とも呼ばれ、研磨粒子の存在下で材料の表面に対して工具を低振幅および高周波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機械加工プロセスです。

• ツールの動きは、パーツの表面に対して垂直または直交して発生します。ツールは、0.05mmから0.125mm（0.002インチから0.005インチ）の振幅で移動します。
• スラリーは、水中で微細な砥粒を混合することによって形成されます。このスラリーは、機械加工プロセス中にw/pとツールの先端を横切って流れるように作られています。スラリー中のアブレシブゲイン粒子は、w/pの表面から材料を除去するのに役立ちます。研磨材の粒子サイズは通常100から1000の範囲です。粒子が小さいほど（つまり、粒子の数が多いほど）、滑らかな表面仕上げになります。
• この機械加工プロセスは通常、脆い材料や硬度の高い材料を機械加工するために使用されます。

超音波加工の動作原理

高周波（超音波範囲、すなわち18 kHz〜40 kHz）の電流を使用して、低振幅および高周波の機械的振動を生成します。発生した機械的振動は、スラリー状の砥粒粒子が存在する場合に部品の表面を加工するために使用されます。スラリーはツールとワークピースを横切って流れます。ツールがw/pを押すと、研磨粒子を含むスラリーが表面から材料を削り取ります。

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主要部品

超音波加工機は、トランスデューサーとソノトロード（ホーンとも呼ばれます）の2つの主要部分で構成され、ケーブルで電子制御ユニットに接続されています。

各種パーツの機能を以下に説明します

1。トランスデューサー：

トランスデューサーは主に圧電セラミックでできているシリンダーで構成されています。電気エネルギーを機械的振動に変換します。次に、トランスデューサーは低振幅および高周波数でソノトロードを振動させます。

2。ソノトロード：

低炭素鋼でできています。その一端はトランスデューサーに接続され、他端には工具が含まれています。ソノトロードは低振幅と高周波数で振動し、接触する場所で摩耗によってw/pから材料を取り除きます。

3。コントロールユニット：

コントロールユニットは、高周波で交流電流を生成する電子発振器で構成されています。生成される周波数は通常、超音波範囲で18 kHz〜40kHzです。

USMの種類

1。ロータリー超音波振動加工（RUM）：

RUMでは、垂直方向に回転するツールをソノトロードの軸を中心に回転させることができます。ツールの表面には、部品の表面を研磨するために使用されるダイヤモンドが含浸されています。このタイプの機械では、材料除去のために研磨剤スラリーは使用されません。

2。化学支援USM：

この機械加工では、化学反応性の研磨液が機械加工プロセスに使用されます。

超音波加工プロセスの動作

• トランスデューサーとソノトロードはケーブルでコントロールユニットに取り付けられています。
• コントロールユニットには、18 kHz〜40kHzの高超音波周波数範囲で交流電流を生成する電子発振器があります。
• この高周波交流はトランスデューサーに供給されます。トランスデューサーはこの交流を機械的振動に変換し、この機械的振動をそれに取り付けられたソノトロードに伝達します。
• ソノトロードは、低振幅および高周波数のトランスデューサーによって振動します。この振動するソノトロードがw/pの表面に当たると、それから材料が除去されます。スラリーは工具とワークピースの間を流れ、表面からの材料の除去に役立ちます。
• 超音波加工で使用されるスラリーには、体積で20％から60％の水、酸化アルミニウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素粒子が含まれています。
• これが超音波加工の仕組みです。

利点

• この加工方法は、脆くて硬い材料を高精度で加工することができます。
• 電解加工や放電加工などの従来とは異なる方法では加工されないガラスや非導電性金属などの壊れやすい材料を加工できます。
• 高公差部品を製造することができます。
• 被削材に歪みは発生しません。これは、w/pに対してソノトロードによって熱が発生しないためです。
• 材料の物性に変化は見られません。
• 製造された機械加工部品は、プロセスにバリがないため、仕上げプロセスが少なくて済みます。

短所

• マイクロチッピングまたはエロージョンメカニズムのため、金属の除去が遅い。
• ソノトロードチップの摩耗はより早く発生します。
• この方法では、穴の底に研磨剤スラリーが流れないため、深穴の加工は容易ではありません（回転式超音波加工を除く）。
• 超音波振動加工は、硬度値が45 HRC以上の材料を機械加工する場合にのみ使用できます（HRC：材料の硬度を測定するためのロックウェルスケール）。

アプリケーション

• 一般的に、もろくて硬い材料の機械加工に使用されます。ガラス、カーバイド、セラミック、貴石、硬化鋼は、USMによって機械加工される最も一般的な材料です。
• これは非常に精密な機械加工方法であり、微細構造ガラスウェーハなどの微小電気化学システムコンポーネントの作成に使用されます。

参照：wikipedia.org