초음파 가공(USM) – 주요 부품, 작동 원리, 응용 분야의 장점 및 단점

초음파 가공(USM) 초음파 진동 가공이라고도 하는 가공 공정은 연마 입자가 있는 상태에서 재료 표면에 대한 공구의 저진폭 및 고주파 진동에 의해 부품 표면에서 재료가 제거되는 가공 공정입니다.

• 공구의 움직임은 부품 표면에 수직 또는 직각으로 발생합니다. 도구는 0.05mm ~ 0.125mm(0.002인치 ~ 0.005인치)의 진폭으로 이동합니다.
• 미세한 연마 입자를 물에 혼합하여 슬러리를 형성합니다. 이 슬러리는 가공 과정에서 w/p와 공구 팁을 가로질러 흐르도록 만들어집니다. 슬러리의 연마 입자는 w/p의 표면에서 재료를 제거하는 데 도움이 됩니다. 연마재의 입자 크기는 일반적으로 100에서 1000 사이입니다. 입자가 작을수록(즉, 입자 수가 많을수록) 매끄러운 표면 마감이 됩니다.
• 이 가공 공정은 일반적으로 취성 재료 및 고경도 재료를 가공하는 데 사용됩니다.

초음파 가공의 작동 원리

고주파(초음파 범위, 즉 18kHz ~ 40kHz)의 전류를 사용하여 저진폭 및 고주파수의 기계적 진동을 생성합니다. 발생된 기계적 진동은 슬러리 형태의 연마 입자 입자가 있는 상태에서 부품 표면을 가공하는 데 사용됩니다. 슬러리는 공구와 공작물을 가로질러 흐릅니다. 도구가 w/p를 누르면 연마 입자가 포함된 슬러리가 표면에서 재료를 잘라냅니다.

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주요 부분

초음파 가공 기계는 케이블로 전자 제어 장치에 연결된 변환기와 소노트로드(혼이라고도 함)의 두 가지 주요 부품으로 구성됩니다.

다양한 부품의 기능은 아래에 설명되어 있습니다.

1. 변환기:

변환기는 주로 압전 세라믹으로 구성된 실린더로 구성됩니다. 전기 에너지를 기계적 진동으로 변환합니다. 그런 다음 변환기는 낮은 진폭과 높은 주파수에서 sonotrode를 진동시킵니다.

2. 소노트로드:

저탄소강으로 만들어졌습니다. 그것의 한쪽 끝은 변환기와 연결되고 다른 쪽 끝은 도구를 포함합니다. sonotrode는 낮은 진폭과 높은 주파수에서 진동하고 접촉하는 마모에 의해 w/p에서 재료를 제거합니다.

3. 제어 장치:

제어 장치는 고주파에서 교류를 생성하는 전자 발진기로 구성됩니다. 생성된 주파수는 일반적으로 초음파 범위에서 18kHz에서 40kHz 사이입니다.

USM 유형

1. 회전식 초음파 진동 가공(RUM):

RUM에서 수직 회전 도구는 소노트로드의 축을 중심으로 회전할 수 있습니다. 공구 표면에는 부품 표면을 연마하는 데 사용되는 다이아몬드가 함침되어 있습니다. 연마 슬러리는 재료 제거를 위해 이러한 유형의 기계에서 사용되지 않습니다.

2. 화학 보조 USM:

이 가공에서는 화학적 반응성 연마액이 가공 공정에 사용됩니다.

초음파 가공 공정

• 변환기와 소노트로드는 케이블로 제어 장치에 연결됩니다.
• 제어 장치에는 18kHz에서 40kHz 사이의 높은 초음파 주파수 범위에서 교류를 생성하는 전자 발진기가 있습니다.
• 이 고주파 교류는 변환기에 공급됩니다. 변환기는 이 교류 전류를 기계적 진동으로 변환하고 이 기계적 진동을 연결된 소노트로드에 전달합니다.
• 소노트로드는 진폭이 낮고 주파수가 높은 변환기에 의해 진동됩니다. 이 진동하는 sonotrode가 w/p의 표면을 때리면 재료가 w/p에서 제거됩니다. 슬러리는 도구와 공작물 사이로 흐르고 표면에서 재료를 제거하는 데 도움이 됩니다.
• 초음파 가공에 사용되는 슬러리는 부피 기준으로 20% ~ 60%의 물, 산화알루미늄, 탄화붕소 및 탄화규소 입자를 포함합니다.
• 초음파 가공이 작동하는 방식입니다.

장점

• 취성 및 경질 소재를 고정밀도로 가공할 수 있는 가공 방법입니다.
• 전기화학 가공이나 방전 가공과 같은 비전통적인 방법으로 가공되지 않은 유리 및 비전도성 금속과 같은 깨지기 쉬운 재료를 가공할 수 있습니다.
• 고공차 부품 생산이 가능합니다.
• 가공된 소재에 변형이 발생하지 않습니다. 그리고 이것은 w/p에 대해 sonotrode에 의해 열이 생성되지 않기 때문입니다.
• 재료의 물리적 특성에는 변화가 관찰되지 않습니다.
• 생산된 가공 부품은 공정 중에 버가 없기 때문에 마무리 공정이 덜 필요합니다.

단점

• 마이크로 치핑 또는 침식 메커니즘으로 인해 금속 제거가 느립니다.
• 소노트로드 팁의 마모가 더 빨리 발생합니다.
• 심공 가공은 연마 슬러리가 구멍 바닥으로 흐르지 못하기 때문에 이 방법으로는 쉽지 않습니다(회전 초음파 가공 제외).
• 초음파 진동 가공은 경도 값이 45HRC(HRC:재료의 경도를 측정하는 Rockwell Scale) 이상인 재료에만 사용할 수 있습니다.

응용 프로그램

• 취성이고 단단한 재료를 가공하는 데 일반적으로 사용됩니다. 유리, 탄화물, 세라믹, 보석 및 경화강은 USM에서 가공하는 가장 일반적인 재료입니다.
• 매우 정밀한 가공 방법으로 미세 구조의 유리 웨이퍼와 같은 미세 전기 화학 시스템 구성 요소를 만드는 데 사용됩니다.

참조:wikipedia.org