산업기술
산업 제조
이 기사에서 다루는 주제는 초음파 가공 공정, 작동 원리, 장점, 단점 및 작동 방식입니다.
초음파 가공 공정 (USM)은 초음파 주파수에서 축 방향 진동 도구를 사용하여 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 제거하는 과정입니다. [18–20kHz(kHz)].
그 진동 동안 B4C 또는 SiCis의 연마 슬러리는 연성 공구(황동강)와 공작물 사이의 가공 영역으로 계속 공급됩니다. 따라서 연마 입자는 공작물 표면으로 망치질을 하여 미세 입자가 부서지는 원인이 됩니다.
10 ~ 40µm 범위의 진폭에서 진동 도구는 연마 입자에 정압을 가하고 필요한 도구 모양을 형성하기 위해 재료가 제거될 때 아래로 이동합니다. Balamuth는 1945년 연마 분말의 초음파 연삭 중에 USM을 처음 발견했습니다.
산업용 응용 프로그램은 새로운 공작 기계가 등장한 1950년대에 시작되었습니다. USM은 공작물 재료의 금속 구조에 해로운 영향이 없는 것이 특징입니다.
초음파 용접과 동일한 원리로 작동합니다.
이 기계 가공 방법은 초음파를 사용하여 연마 구동력으로 작용하는 고주파, 저진폭 힘을 생성합니다. 초음파 기계는 약 20000 ~ 30000Hz 주파수의 고주파 진동파를 생성합니다. 약 25-50미크론의 진폭 .
이 고주파 진동은 연마제 슬러리에 포함된 연마제 입자로 전달된다. 이로 인해 연마 입자가 부서지기 쉬운 공작물을 움푹 들어가게 하고 접촉면에서 금속을 제거합니다.
이 가공 공정에는 일반적으로 50 ~ 60Hz 범위의 전류 전원 공급 장치가 필요합니다. . 결과적으로 교류 전원 공급 장치를 사용하여 프로세스를 시작할 수 있습니다.
이 변환기는자기변형입니다. 자연에서. 이 변환기는 일단 자석으로 변환되면 자기 변형 작용을 기반으로 작동하여 기계적 진동의 주파수를 변경합니다. 이 변환기는 위아래로 진동합니다.
고주파 발생기는 초음파 전원 공급 장치 또는 전자 발진기로도 알려져 있습니다. 일반적으로 50 또는 60Hz에서 작동하는 기존 전원 공급 장치를 변환하는 데 사용됩니다. 고주파 전기 에너지. 가장 일반적으로 사용되는 주파수는 20 ~ 40kHz입니다. . 이 주파수는 전기 변환기에 공급됩니다.
이 장치는 이름에서 알 수 있듯이 도구를 변환기에 연결합니다. 증폭된 진동을 전송합니다. 부스터에서 도구까지. 내구성 한계가 높아야 합니다.
도구 집중 장치라고도 합니다. . 약 0.025밀리미터 범위의 변환기에 의해 생성된 진동 진폭은 기계 가공에 충분하지 않습니다. 진동의 진폭을 높이는 데 사용됩니다.
진동도 툴팁을 향하여 집중됩니다. 이 도구는 도구 혼의 하단에 부착되어 있으며 재료를 제거하는 데 도움이 됩니다. 도구를 도구의 혼에 연결하기 위해 용접, 나사 조임, 브레이징 또는 납땜이 사용됩니다.
냉각 시스템은 변환기 상단에 설치됩니다. 찬물은 입구 게이트를 통해 들어가고 변환기에서 열을 받고 출구를 피합니다. 케이스는 냉각 목적을 위해 변환기를 둘러싸고 있습니다. , 물이 이 케이스 내부로 흐릅니다.
초음파 가공 장비는 일반적으로 텅스텐 카바이드, 스테인리스 스틸, 티타늄, 구리 등과 같이 취성 파괴에도 실패하지 않고 연성이 있는 강한 경화 및 취성 재료로 만들어집니다.
재료는 도구를 사용하여 공작물에서 제거됩니다. 공작물 표면에 형성되어야 하는 캐비티와 동일한 형태로 제작된 디바이스입니다.
공구를 잡을 때 사용합니다.
노즐은 텅스텐으로 만들어졌습니다. . 텅스텐은 노즐을 만드는 데 사용됩니다. 펌프의 슬러리가 부드러운 재질로 만들어진 경우 노즐이 손상될 수 있기 때문입니다. 텅스텐과 같은 단단한 재질로 되어 있습니다.
가공 영역에서 탄화 규소, 탄화 붕소 및 물이나 기름에 단단한 연마 입자가 포함된 혼합 알루미나 용액이 일반적으로 연속적으로 제공됩니다.
펌프는 노즐에 연마제를 공급하는 데 사용됩니다.
그림 1에 표시된 기계가공 시스템은 주로 자기 변형기, 집중기, 도구 및 슬러리 공급 장치로 구성됩니다.
이 고주파수 입력은 전기기계적 변환에 공급됩니다. 즉, 초음파 주파수에서 에너지가 공급되는 (자기 변형기) 및
작은 진폭의 진동을 생성합니다.
혼은 변환기와 공구 홀더 사이에 있습니다. 혼은 변환기의 진동 진폭을 높이는 데 사용되며, 그 진폭은 기기에 집중되고 전달됩니다. 교류 전원이 고주파 발생기에 연결되면 입력 전원의 주파수는 20kHz에서 40kHz로 상승합니다. 장치가 진동하면 도구 홀더가 장치를 잡습니다.
연마 슬러리는 장비가 진동할 때 도구 표면과 공작물 사이에 펌프를 사용하여 일정한 속도로 공급됩니다. 그런 다음 도구를 공작물에 가볍게 눌러 슬러리가 도구와 공작물 사이에 흐를 수 있는 충분한 공간을 남깁니다. 재료 제거의 결과로 공작물에 생성된 크기는 도구의 크기와 동일합니다.
진동 장치가 공작물에 눌려짐에 따라 진동의 높은 운동 에너지가 이러한 연마 입자에 전달되고 이러한 연마 입자가 공작물의 표면에 적용되어 미세한 마찰로 인해 재료가 제거됩니다.
그림은 USM의 완전한 재료 제거 메커니즘을 보여줍니다.
여기에는 세 가지 별개의 작업이 포함됩니다.
1. 진동 도구와 인접한 작업 표면 사이에 붙어 있는 연마 입자의 국부적인 직접 망치질에 의한 기계적 마모.
2. 가공 간극을 가로질러 날아가 임의의 위치에서 공작물을 때리는 입자의 자유 충격에 의한 마이크로칩.
3. 슬러리 흐름에서 캐비테이션에 의한 작업 표면 침식.
캐비테이션 효과의 상대적 기여도는 제거된 전체 재료의 5% 미만인 것으로 보고됩니다. 모든 재료의 USM과 관련된 지배적인 메커니즘은 직접 망치질입니다. 부드럽고
연강과 같은 탄성 재료는 종종 먼저 소성 변형되고
나중에 더 낮은 비율로 제거됩니다.
유리와 같이 단단하고 부서지기 쉬운 재료의 경우 가공율이 높고 자유 충격에 의한 역할도 알 수 있다.
절감율: USM을 사용한 절단율은 특정 요인에 따라 다릅니다. 이것들은 :
1. 연마제의 입자 크기.
2. 연마재.
3. 슬러리의 농도.
4. 진동의 진폭.
5. 빈도
정확도: 연질 세라믹과 같은 연질 및 취성 재료의 최대 침투 속도는 20mm/min 정도이지만 단단하고 거친 재료의 경우 침투율이 더 낮습니다. 최대 + 0.005mm의 치수 정확도가 가능하며 표면 마감은 R까지 0.1-0.125u 값을 얻을 수 있습니다. 정삭 가공 시 최소 모서리 반경 0.10mm가 가능합니다. USM 기계의 크기 범위는 약 20W의 입력을 갖는 경량 휴대용 유형에서 최대 2kW의 입력을 사용하는 중장비까지 다양합니다.
적용:공정이 간단하여 다음과 같은 광범위한 적용에 경제적입니다.
1. 도구를 만들 수 있는 모든 모양의 둥근 구멍과 구멍을 소개합니다. 절단 중 공작물을 이동하여 얻을 수 있는 형상의 범위를 늘릴 수 있습니다.
2. 전도성 및 비전도성 모든 재료에 대한 드릴링, 그라인딩, 프로파일링 및 밀링 작업과 같은 수행/가공 작업에서.
3. 유리, 세라믹, 텅스텐 및 기타 경질 탄화물, 보석, 합성 루비와 같은 돌을 가공하는 경우.
4. 공작물이나 도구를 대략적으로 회전하고 평행이동시켜 경금속 및 합금으로 만들어진 구성요소의 나사산을 절단합니다.
5. 텅스텐 카바이드 및 다이아몬드 와이어 드로잉 다이 및 단조 및 압출 공정용 다이를 만드는 데 사용됩니다.
6. 치과 의사가 고통 없이 치아에 어떤 모양의 구멍도 뚫을 수 있도록 합니다.
1. 취성, 비전도성, 단단하고 깨지기 쉬운 재료는 모두 초음파 가공을 사용하여 가공할 수 있습니다.
2. 이 가공 과정에서 열이 발생하지 않기 때문에 공작물의 물리적 변화가 거의 또는 전혀 없습니다.
3. 전기 전도성이 좋지 않아 EDM이나 ECM으로 가공할 수 없는 비금속이지만 초음파 가공으로 아주 잘 가공할 수 있습니다.
4. 버가 없고 왜곡이 없는 프로세스입니다.
5. EDM, ECG 및 ECM과 같은 다른 최신 기술과 함께 사용할 수 있습니다.
6. 작동 중 소음이 없습니다.
7. 숙련된 작업자와 비숙련 작업자 모두 이 가공에 사용되는 장비를 사용할 수 있습니다.
8. 높은 수준의 표면 조도를 유지하면서 높은 수준의 정확도를 달성할 수 있습니다.
9. 전도성에 관계없이 모든 재료를 가공할 수 있습니다.
1. 마이크로 치핑 또는 침식 메커니즘으로 인해 금속 제거가 느립니다.
2. 소노트로드 팁이 더 빨리 마모됩니다.
3. 깊은 구멍 가공은 연마 슬러리가 구멍 바닥으로 흐르지 못하기 때문에 이 방법으로 어렵습니다(회전 초음파 가공 제외).
4. 경도 값이 45 HRC 이상인 재료만 초음파 진동 가공(HRC:재료의 경도를 측정하는 Rockwell Scale)을 사용하여 가공할 수 있습니다.
프로세스의 제한 사항: 이 공정의 주요 한계는 비교적 낮은 금속 절삭 속도입니다. 최대 금속 제거율은 3mm/s이며 소비 전력이 높습니다. 원통형 구멍의 깊이는 현재 공구 직경의 2.5배로 제한되어 있습니다. 공구의 마모는 구멍의 각도를 증가시키고 날카로운 모서리는 둥글게 만듭니다. 이는 정확한 블라인드 홀 생산을 위해 공구 교체가 필수적임을 의미합니다. 또한, 공정은 현재의 형태로 비교적 작은 크기의 표면을 기계로 가공하는 데 제한이 있습니다.
USM에 사용되는 도구 재료는 단단하고 연성이어야 합니다. 알루미늄과 같은 매우 연성이 있는 금속의 어려움은 공구 수명이 짧기 때문에 추적할 수 있습니다. 저탄소강과 스테인리스강을 공구 재료로 사용하면 이러한 어려움을 없앨 수 있습니다.
실험적 검증에 따르면 금속 제거율은 공작물 경도와 공구 경도의 비율에 따라 감소합니다. 따라서 공작물 경도가 증가하면 공구 경도도 증가할 것으로 예상됩니다.
공구 금속의 선택은 금속 제거 및 공구 비용의 최적화를 위한 가장 중요한 의사 결정 중 하나입니다. 도구의 질량 길이는 도구 재료가 많은 초음파 에너지를 흡수하여 효율성을 감소시키기 때문에 어려움을 야기합니다. 더 긴 도구는 과도한 스트레스를 유발합니다. 입자 크기와 연마 슬러리도 정확한 치수입니다. 입자 크기가 진동의 진폭보다 크거나 작으면 가공 속도가 감소하는 것으로 관찰되었습니다.
마무리 가공을 위한 곡물 선택은 거친 가공의 지정된 곡물과 겹치지 않아야 하며 깊은 구멍을 절단하는 동안 공구 홀더를 통해 슬러리를 공급하기 위한 특수 기술이 필요합니다. 그렇지 않으면 곡물 입자가 축적되어 구멍 내부에 추가 가공이 추상화됩니다.
강제 순환, 더 크고 더 낮은 크기의 입자를 번갈아 혼합하고 흡입하는 것은 이러한 깊은 구멍 가공 문제를 제거하기 위해 따르는 많은 효과적인 방법 중 일부입니다.
최근 개발 :최근에는 다이아몬드 더스트를 함침시킨 공구를 사용하고 슬러리를 사용하지 않는 초음파 가공의 새로운 개발이 이루어졌습니다. 이 도구는 초음파 주파수에서 진동하고 회전합니다. 공구를 회전할 수 없는 경우 공작물이 회전할 수 있습니다.
이 혁신은 깊은 구멍을 드릴링하는 기존 공정의 단점을 제거했습니다. 예를 들어 구멍 치수는 + 0.125mm 이내로 유지될 수 있습니다. 최대 75mm 깊이의 구멍이 기존 공정에서 경험한 바와 같이 가공 속도 저하 없이 세라믹에 드릴링되었습니다.
초음파 가공에서 재료는 다음으로 제거됩니다.
A. 공구와 작업물 사이에 연마제 사용
B. 작업과 도구의 직접적인 접촉
C. 공작물과 공구 사이의 매우 작은 간격으로 전해질 유지
D. 공구와 공작물 사이에 급속하게 반복되는 스파크 방전으로 인한 침식
답변: 옵션 A
초음파 가공(USM)은 가청 범위 이상의 주파수에서 공작물과 공작물에 수직으로 진동하는 공구 사이를 순환하는 모래가 적재된 액체 슬러리의 연마 작용으로 재료를 제거하는 것입니다.
초음파 가공에서 변환기의 기능은
A. 기계적 에너지를 열로 변환
B. 전기 에너지를 열로 변환
C. 전기 에너지를 기계적 진동으로 변환
D. 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환
(답: 다)
변환기는 진동 전류를 기계적 진동으로 변환합니다. 초음파 가공에는 두 가지 유형의 변환기가 사용되었습니다. 압전 또는 자기 변형:... 자기 변형은 물질을 통과하는 자기장이 변할 때 재료의 모양이 약간 바뀌도록 하는 효과입니다.
초음파 가공에서 도구가 움직입니다.
A. 가로 방향으로 이동
B. 세로 방향으로 이동
C. 가로 방향으로 진동
D. 길이 방향으로 진동
(답: d)
이것은 초음파 가공 공정, 작동 원리, 작동 원리, 초음파 가공 공정의 장단점에 관한 모든 정보였습니다.
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산업기술
진동 절삭 중에 절삭력이 작고 절삭 온도가 낮으며 냉각이 충분하며 칩이 부서지고 배출되기 쉬워 정밀 기계 부품 가공의 공구 수명을 크게 연장할 수 있습니다. 진동 매개변수를 적절히 선택하면 일반적으로 공구 수명을 몇 배에서 수십 배까지 연장할 수 있으며, 난삭재 및 난삭재 공정의 적용에 더 좋습니다. 초경합금 공구를 사용한 스테인리스강의 초음파 진동 절단 테스트에서 공구 수명이 일반 절단 방법보다 20배 더 긴 것으로 나타났습니다. 공구 수명 연장은 공구 재료를 절약하고 보조 시간을 줄이며 정밀 기계 부품의 가공 비용을 줄이고 생산
초음파 가공이라고 들어보셨나요? 초음파 진동 가공이라고도 하며, 입자와 결합된 고주파 진동을 사용하여 공작물에서 재료를 제거하는 데 사용되는 제조 공정입니다. 초음파 도구는 기본적으로 시간이 지남에 따라 사용되는 공작물에서 재료를 제거하는 많은 작은 진동을 생성합니다. 초음파 가공 및 작동 방식에 대해 자세히 알아보려면 계속 읽으십시오. 초음파 가공이란 무엇입니까? 초음파 가공은 미세한 연마 입자가 있는 상태에서 재료 표면에 대한 공구의 고주파, 낮은 진폭 진동을 통해 부품 표면에서 재료를 제거하는 절삭 가공 공정입니다. 도구