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超音波加工:原理、装置、用途、メリット・デメリット

超音波加工(USM)

脆性・硬質材料加工用の非伝統的機械加工プロセスです。1950年にEDM面仕上げ用として登場。現在、低コスト、発熱なし、効果的加工で多産業で金属除去に使用されています。

原理

超音波溶接と同一原理。超音波で高周波・低振幅の駆動力を発生させ、研磨粒子を駆動。超音波装置は周波数約20,000〜30,000Hz、振幅約25〜50μmの高周波振動波生成。この振動が研磨スラリー内研磨粒子に伝達され、脆性ワークへ研磨粒子が食い込み、接触面で金属除去。

超音波加工:原理、装置、用途、メリット・デメリット

装置

電源

高周波超音波波必要。高周波高電圧電源が必須。低周波電圧(60Hz)を高周波電圧(20kHz)に変換。

磁歪トランスデューサー

電気信号を機械振動に変換するデバイス。超音波加工では磁歪型トランスデューサー使用。ニッケルまたはニッケル合金製。

ブースター

トランスデューサー生成機械振動を通過、増幅してホーンへ供給。

工具

研磨粒子食い込みで脆性破壊されない材料必要。鋼、ステンレス鋼等のタフ・強靭・延性材料使用。

工具ホルダー(ホーン)

工具とトランスデューサー接続。ブースターから増幅振動を工具へ伝達。高耐久限度必要。

研磨スラリー

水系研磨粒子スラリー。炭化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ホウ素を研磨粒子として使用。スラリー供給・回収機構も装備。

作業プロセス

基本部品と概念理解後、作業プロセスは以下の通り。

超音波加工:原理、装置、用途、メリット・デメリット
超音波加工機図
  1. 低周波電流が電源通過。電気装置で高周波電流に変換
  2. 高周波電流がトランスデューサー通過。高周波電気信号を高周波機械振動に変換
  3. 機械振動がブースター通過。高周波振動増幅しホーンへ送る
  4. ホーン(工具ホルダー)が増幅振動を工具へ伝達。工具が超音波周波数で振動
  5. 工具振動で研磨粒子も高周波振動。研磨粒子がワーク衝突、金属除去

以上が超音波加工の全作業プロセスです。

用途

メリットとデメリット

メリット

デメリット

以上、超音波加工の原理、作業、装置、用途、メリット・デメリットについて解説しました。ご質問があればコメントでお知らせください。記事がお役に立てば、ソーシャルネットワークで共有をお願いします。より有益な記事をお届けするため、ウェブサイトの購読もご検討ください。ご覧いただきありがとうございました。

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