초음파 가공:정의, 부품, 작동 원리, 장점, 응용

초음파 가공은 재료 표면에 대한 공구의 고주파, 낮은 진폭 진동, 미세한 연마 입자의 존재를 통해 표면에서 재료를 제거하는 제조 공정입니다.

이 논문에서는 초음파 가공의 정의, 구성 또는 부품, 작동 원리, 장점, 단점 및 응용에 대해 자세히 연구합니다.

초음파 가공 공정이란 무엇입니까?

초음파 가공은 연마재가 공작물에 부딪혀 재료를 제거하는 비전통적인 가공 공정입니다. 이 가공 방법은 공구로 공작물에 연마재를 타격하거나 망치질하는 방법입니다.

그래서 우리는 도구를 가지고 있습니다. 공작물에 직접적인 영향을 미치지는 않지만 공작물과 도구 사이에 약간의 연마 입자가 있습니다.

이 연마 입자는 단단하고 모양을 유지할 수 있어 단단하므로 이 특정 타격 모드에서 작업할 때 공작물 재료의 충격 침식을 일으킬 수 있습니다.

그래서 망치질은 도구라고 하는 몸에 의해 이루어진다. 도구 재료는 자체적으로 취성 파괴를 겪지 않을 정도로 충분히 연성이 있습니다.

초음파 가공 공정 구성 또는 부품:

초음파 가공은 다음과 같은 주요 부분으로 구성됩니다.

• 전원 공급 장치
• 속도 변환기
• 도구
• 연마성 슬러리
• 전자-기계 변환기
• 연마 총
• 가공물

전원 공급 장치:

전원 공급 장치는 고주파 발생기 또는 전자 발진기라고도 합니다. 주요 기능은 주파수 범위가 50-60HZ인 일반 전기 공급을 최대 20-40kHZ 범위의 고주파 전기 공급으로 변환하는 것이지만 진동의 진폭은 마이크론 범위까지 작습니다.

속도 변환기:

속도 변환기는 혼의 디자인이라고도 합니다. 혼의 기능은 절단 작업을 수행하기 위해 도구를 구동하기에 적절한 강도로 변환기의 진동을 증폭하고 집중시키는 것입니다.

K-Monel, Metal Bronze, Mild Steel과 같이 피로강도가 좋은 경질의 비자성체로 가공이 용이한 강재입니다.

선형으로 가늘어지고 기하급수적으로 테이핑된 혼은 길이가 그 금속의 소리 파장의 1/2과 같습니다.

도구:

해머링은 공구로 알려진 본체에 의해 수행되며 공구 재료는 자체적으로 취성 파괴를 겪지 않을 정도로 충분히 연성입니다.

그러나 공작물과 평행한 도구에서 재료 제거를 피할 수 없으므로 도구 마모는 충분한 정도이며 재료 제거율을 높이기 위해 망치질 속도를 초음파 주파수로 증가시키기 때문에 피로 저항도 있어야 합니다. .

그렇다면 도구 재료에 동적 하중이 가해질 것입니다. 따라서 피로에 강해야 합니다. 그리고 가공 속도는 이 망치질에 비례합니다.

연마 슬러리:

연마재는 가공 현장에 도포되어야 하며, 가공물 및 공구 재료에서 가공된 재료와 함께 제거되어야 하므로 가공 현장에서 슬러리로 운반됩니다.

공구를 공작물에 대고 눌러 연마제를 부수지 않을 만큼 충분히 낮고 작업장의 파손을 보장할 만큼 충분히 높은 약간의 압력을 생성합니다.

연마재는 공작물보다 파괴 강도가 높습니다. 우선 연마재를 공급해야 합니다.

그래서 일반적으로 수중매질로 운반되어 가공현장에 적용되며 이를 슬러리라고 한다.

전기-기계적 변환기:

변환기는 전기 에너지를 기계적 진동으로 변환합니다. 고주파 전기 신호는 변환기에 전달되어 고주파로 변환하고 진폭이 낮은 진동을 갖습니다.

사용되는 변환기에는 두 가지 유형이 있습니다.

• 압전 변환기
• 자기 제한 변환기.

압전 변환기:

이 변환기가 압축되면 작은 전류가 생성됩니다. 전류가 통과하면 팽창합니다. 전류가 제거되면 결정은 원래 크기와 모양을 얻습니다. 이 변환기는 최대 900와트까지 사용할 수 있습니다.

자기 변형 변환기:

자기장에 노출되면 이러한 유형의 변환기도 모양이 바뀝니다. 이 변환기는 니켈 및 니켈 합금으로 만들어집니다. 효율은 약 20-30%입니다. 이러한 변환기는 최대 2000와트까지 사용할 수 있으며 길이의 최대 변화는 약 25미크론입니다.

연마 총:

연마재는 일반적으로 수성 매체에 운반되어 가공 현장에 적용되며 이를 슬러리라고 합니다.

100부의 물에 20부의 연마재를 부피/부피로 넣고 노즐이나 연마 건으로 적용하도록 합시다. 일정한 압력과 가공의 잔해 하에서:즉, 부서진 연마재를 제거합니다. 이러한 모든 것들은 물과 연마재의 분사에 의해서만 제거됩니다.

작업물:

엔지니어링 세라믹과 같은 부서지기 쉬운 비전도성 재료는 초음파 가공 공정으로 가공됩니다.

작업물을 열적으로 손상시키지 않으며 작업물에 잔류 응력을 가하지 않습니다. 공작물에 대한 이 프로세스에서 3D 모양이 복잡해질 수 있습니다.

초음파 가공 공정 작동 원리:

초음파 가공의 작업은 도구와 공작물 사이에 약 0.25mm의 간격이 있습니다. 이 도구는 연성 재료로 구성됩니다. 공구와 공작물 사이에 연마재 슬러리가 있습니다.

연마제가 도구에 묻히고 도구가 아래쪽으로 이동하는 동안 연마제가 공작물에 망치질을 하여 재료를 제거합니다.

이 재료는 슬러리 도구의 흐름에 의해 가공 영역에서 멀리 플러시되며 직선 구멍을 생성하기 위해 약간 가늘어집니다.

캐리어 유체의 점도가 증가하면 세척의 어려움으로 인해 제거율이 감소합니다. 빈도를 높이면 단위 시간당 충격 횟수가 증가하므로 MRR이 증가합니다.

진폭을 높이면 연마재의 운동량 증가로 인해 MRR이 증가합니다.

진동의 진폭은 5 ~ 75 µm, 주파수는 19 ~ 25 kHz로 다양합니다.

연마재의 농도를 높이면 더 많은 곳에 충격이 가해져 MRR(Material Removal Rate)이 증가합니다.

그러나 농도가 일정 값 이상으로 증가하면 연마재 사이의 충돌로 인해 운동량이 손실되어 MRR이 감소합니다.

연마재의 크기를 늘리면 더 넓은 영역에 영향이 나타납니다. 그러나 크기가 일정 값 이상으로 커지면 연마재의 운동량이 감소합니다.

MRR:ECM> EDM> USM

에 유의해야 합니다.

초음파 가공 작업 비디오:

초음파 가공의 장점:

초음파의 장점은 다음과 같습니다.

• 초음파 가공은 기계 취성, 비전도성 재료, 단단하고 깨지기 쉬운 재료에 사용할 수 있습니다.
• 이 가공 과정에서 열이 발생하지 않으므로 공작물의 물리적 변화가 거의 없거나 무시할 수 있습니다.
• 전기 전도성이 좋지 않아 EDM 및 ECM으로 가공할 수 없지만 초음파 가공으로 매우 잘 가공할 수 있는 비금속입니다.
• 버가 적고 왜곡이 적습니다.
• EDM, ECG, ECM과 같은 다른 신기술과 함께 채택할 수 있습니다.
• 작동 시 소음이 없습니다.
• 이 가공에 사용되는 장비는 숙련된 작업자는 물론 비숙련 작업자도 사용할 수 있습니다.
• 좋은 표면 조도와 높은 정확도를 얻을 수 있습니다.
• 모든 재료는 전도성에 관계없이 가공할 수 있습니다.

초음파 가공의 단점:

초음파 가공의 단점은 다음과 같습니다.

• 재료 제거율이 낮습니다.
• 절단에 필요한 에너지가 높습니다.
• 부드러운 소재는 가공하기 어렵습니다.
• 초음파 가공은 슬러리 이동에 제약이 있어 깊은 구멍을 뚫기가 어렵다.
• 연마 입자의 이동으로 인한 높은 공구 마모율.

초음파 가공 응용 프로그램:

다음 초음파 가공 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 초음파 가공은 비전도성 세라믹 가공에 사용됩니다.
• 고철률이 높은 재료는 깨지기 쉬운 재료가 이 공정을 통해 매우 효과적으로 가공될 수 있음을 의미합니다.
• 와이어 드로잉, 펀칭 및 블랭킹 작업을 위한 다이 가공
• 치과의사가 고통 없이 치아에 어떤 모양의 구멍도 뚫을 수 있습니다.
• 석영, 유리, 세라믹 연삭에 사용됩니다.
• 공업용 다이아몬드 절단에 사용됩니다.
• 금형 제작에도 사용됩니다.