超音波加工：定義、部品、作業、長所、短所、アプリケーション[PDF付き]

超音波加工 は、脆くて硬い材料を機械加工するために業界で広く使用されている非従来型のサブトラクティブ機械加工プロセスです。精度が高いため、重要な部品の加工に推奨されます。この記事では、超音波加工プロセス、動作原理、主要部品、長所、短所について詳しく学びましょう。

超音波加工の定義

超音波機械加工は、硬くて脆い材料の機械加工に特に使用される、従来とは異なる機械加工プロセスの下にあります。超音波加工は、セラミックの加工にも広く使用されています。

レーザー加工、放電加工などの他の非従来型の機械加工プロセスとは異なり、超音波加工では部品に熱や残留応力が発生しません。これが、セラミックや脆性部品を超音波加工で破壊することなく簡単に加工できる理由です。

超音波加工は超音波振動加工とも呼ばれますこの方法では、高周波で振動するツールを使用し、研磨粒子と組み合わせると、ワークピースから材料を除去します。

超音波機械の重要な部品

超音波装置には主に5つの重要な部分があります

電気機械式トランスデューサー
ソノトロード
コントロールユニット
摩耗スラリー
アブレーションガン

電気機械式トランスデューサー

電気機械式トランスデューサーはコントロールユニットに接続されています。コントロールユニットには、28〜40kHzの範囲の高周波で発振する交流を生成する電子発振器があります。

電気機械式トランスデューサは、その振動電流を機械的振動に変換します。超音波装置で使用されるトランスデューサーには主に2つのタイプがあります。

圧電トランスデューサ
磁歪トランスデューサ

ソノトロード

トランスデューサーは、高周波数と低振幅でソノトロードを駆動します。 Sonotrodeの一方の端はトランスデューサーに接続され、もう一方の端にはツールが含まれています。 Sonotrodeは低炭素鋼でできています。

コントロールユニット

コントロールユニットは、電力を伝達するものです。高周波で交流を発生させる電子発振器を搭載しています。

摩耗スラリー

酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素などの摩耗材料は、水と混合すると摩耗スラリーを形成します。水の比率は20〜60％です。

アブレーションガン

アブレーションガンは、制御された圧力でソノトロードとワークピースの間に摩耗粒子と水の混合物を供給します。

超音波加工プロセスの動作原理

超音波加工は、磁歪によりワークピースから材料を取り除きます。これは、磁性体が磁化されるとサイズと形状が変化することを意味します。

コントロールユニット/パワーユニットは、高周波でトランスデューサに交流電流を供給します。トランスデューサーはその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ソノトロードを高周波および低振幅で振動させます。周波数は20〜30 kHzで変化し、振幅は.01〜.06mmで変化します。

ソノトロードが振動してワークピースを押すと、研磨剤スラリーがソノトロードとワークピースの間を流れます。ソノトロードの振動と研磨粒子とワークピース表面チップ間の摩擦の影響により、ワーク表面から目的の金属粒子が離れます。

加工時間は、ワークピースの硬さと強さ、研磨粒子のサイズ、ソノトロード振動の振幅、および研磨スラリー中の水分率に完全に依存します。超音波加工の滑らかさと精度は、材料の硬度と靭性に依存します。柔らかい金属は非常に滑らかで正確な加工を提供しますが、硬くて脆い金属は粗い表面を形成します。

超音波加工の種類

超音波加工には2種類あります。

回転式超音波加工
化学支援超音波加工

回転式超音波加工

回転式超音波加工では、工具は垂直中心線に沿って振動します。このプロセスでは研磨剤スラリーは使用されません。代わりに、ダイヤモンドは工具の先端に含浸され、ワークピースまで研磨されます。このプロセスは、セラミック、石英などの加工に適しています。回転式超音波加工では、穴の端に到達する必要のある研磨剤スラリーがないため、深い穴を作成することもできます。