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La méthode d'usinage par vibration ultrasonique est une technique de coupe efficace pour les matériaux difficiles à utiliser. On constate que le mécanisme USM est influencé par ces paramètres importants.
Amplitude de l'oscillation de l'outil(a0)
Fréquence d'oscillation de l'outil(f)
Matériau de l'outil
Type d'abrasif
Taille de grain ou grain des abrasifs - d0
Force d'alimentation - F
Zone de contact de l'outil - A
Concentration en volume de l'abrasif dans le lisier - C
Rapport de dureté de la pièce à usiner à la dureté de l'outil ; λ=σw/σt
| Élément |
Paramètre |
| Abrasif | Carbure de bore, oxyde d'aluminium et carbure de silicium |
| Taille de grain(d0) | 100 - 800 |
| Fréquence des vibrations (f) | 19 - 25 kHz |
| Amplitude des vibrations (a) | 15 - 50 µm |
| Matériau de l'outil | Alliage de titane en acier doux |
| Taux d'usure | Tungstène 1.5:1 et verre 100:1 |
| Jeu trop coupé | 0.02-0.1 mm |
En revanche, l'usinage par ultrasons est un procédé d'usinage non thermique, non chimique et non électrique qui laisse la composition chimique, la microstructure de matériau et les propriétés physiques de la pièce à usiner inchangées. Parfois appelé meulage par impact ultrasonique (UIG) ou découpe par vibration, le processus UM peut être utilisé pour générer une large gamme de caractéristiques complexes dans les matériaux avancés.
L'UM est un procédé mécanique d'enlèvement de matière qui peut être utilisé pour l'usinage de matériaux conducteurs et non métalliques avec des propriétés de dureté supérieures à 40 HRC (dureté Rockwell mesurée sur l'échelle C). Le processus UM peut être utilisé pour usiner des micro-fonctions de précision, des trous ronds et de forme impaire, des cavités borgnes et des fonctions OD/ID. Plusieurs fonctions peuvent être forées simultanément, réduisant souvent considérablement le temps total d'usinage .
L'énergie à haute fréquence et à faible amplitude est transmise à l'assemblage d'outil. Un flux constant de lisier abrasif passe entre l'outil et la pièce. L'outil vibrant, associé à la boue abrasive, abrase uniformément le matériau, laissant une image inversée précise de la forme de l'outil. L'outil n'entre pas en contact avec le matériau, seuls les grains abrasifs entrent en contact avec la pièce.
Dans le processus UM, un signal électrique basse fréquence est appliqué à un transducteur, qui convertit l'énergie électrique en vibrations mécaniques haute fréquence (~20 kHz) (voir la figure 2). Cette énergie mécanique est transmise à un assemblage d'avertisseur sonore et d'outil et entraîne une vibration unidirectionnelle de l'outil à la fréquence ultrasonique avec une amplitude connue. L'amplitude standard des vibrations est généralement inférieure à 0.002 pouces Le niveau de puissance de ce processus est compris entre 50 et 3000 watts. La pression est appliquée à l'outil sous forme de charge statique.
Un flux constant de lisier abrasif passe entre l'outil et la pièce. Les abrasifs les plus couramment utilisés sont le diamant, le carbure de bore, le carbure de silicium et l'alumine, et les grains abrasifs sont suspendus dans l'eau ou dans une solution chimique adaptée. En plus de fournir du grain abrasif à la zone de coupe, la boue est utilisée pour évacuer les débris. L'outil vibrant, associé à la boue abrasive, abrase uniformément le matériau, ce qui laisse une image inversée précise de la forme de l'outil.
L'usinage par ultrasons est un procédé d'usinage abrasif à grande surface qui nécessite une force très faible appliquée sur le grain abrasif, ce qui réduit les besoins en matériaux et réduit au minimum voire pas de dommages à la surface. L'enlèvement de matière pendant le processus UM peut être classé en trois mécanismes : abrasion mécanique par le martelage direct des particules abrasives dans la pièce (majeur), micro-écaillage par l'impact des abrasifs libres (mineur), et érosion et effet chimique (mineur).2 induite par cavitation
Les taux d'enlèvement de matière et la rugosité de surface générée sur la surface usinée dépendent des propriétés du matériau et des paramètres du processus, notamment le type et la taille du grain abrasif utilisé, l'amplitude des vibrations, ainsi que la porosité, la dureté et la ténacité du matériau. En général, le taux d'enlèvement de matière sera plus faible pour les matériaux à dureté élevée (H) et à résistance à la rupture (KIC).
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