초음파 가공이란? - 작동 및 프로세스

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.

 

초음파가공이란?

초음파 가공은 미세한 연마 입자가 있는 상태에서 재료 표면에 대한 공구의 고주파, 낮은 진폭 진동을 통해 부품 표면에서 재료를 제거하는 절삭 가공 공정입니다. 도구는 0.05 ~ 0.125mm(0.002 ~ 0.005인치)의 진폭으로 부품 표면에 수직 또는 직각으로 이동합니다.

미세한 연마 입자는 물과 혼합되어 도구의 부품과 팁 전체에 분포되는 슬러리를 형성합니다. 연마재의 일반적인 입자 크기는 100에서 1000 사이이며, 입자가 작을수록(입자 수가 높을수록) 표면 마감이 더 부드러워집니다.

초음파 진동 가공은 일반적으로 부서지기 쉬운 재료와 미세 균열 역학으로 인해 경도가 높은 재료에 사용됩니다.

초음파 가공을 사용하면 공구가 공작물을 향해 마이크로 크기의 입자를 투사하는 진동을 생성합니다. 입자는 일반적으로 물 또는 기타 액체와 혼합되어 슬러리를 생성합니다.

초음파 도구가 활성화되면 이 입자를 공작물의 표면을 향해 빠른 속도로 투사합니다. 입자의 연마 특성은 공작물의 표면에서 재료를 연마하는 데 도움이 됩니다.

 

초음파 가공 공정

재료 절단을 위해 기계에 있는 도구는 공작물에 비해 부드러운 재료로 만들어집니다. 이 도구는 일반적으로 연강 및 니켈과 같은 재료로 만들어집니다. 공구가 진동하면 연마 입자와 입자가 포함된 연마 슬러리(액체)가 추가됩니다.

공작물이 입자와 상호 작용할 때까지 연마제 슬러리가 추가됩니다. 추가된 액체 입자로 인해 공작물의 작업 취성은 표면을 마모시키는 반면 도구는 점차적으로 변형됩니다.

 

 

초음파 가공의 작동 원리

초음파 기계에 소요되는 시간은 전적으로 진동 도구의 주파수에 따라 다릅니다. 또한 연마 슬러리의 입자 크기, 강성 및 점도에 따라 다릅니다.

연마액에 사용되는 입자는 일반적으로 탄화 붕소 또는 탄화 규소이며 다른 것보다 단단합니다. 사용된 연마제는 슬러리 유체의 점도가 낮으면 쉽게 제거될 수 있습니다.

 

초음파 가공의 종류

1. 회전식 초음파 진동 가공
회전식 초음파 진동 가공(RUM)에서 수직 진동 공구는 공구의 수직 중심선을 중심으로 회전할 수 있습니다. 연마 슬러리를 사용하여 재료를 제거하는 대신 도구 표면에 다이아몬드가 함침되어 부품 표면을 연마합니다.
회전식 초음파 기계는 유리, 석영, 구조용 세라믹, Ti 합금, 알루미나 및 탄화규소와 같은 고급 세라믹 및 합금 가공에 특화되어 있습니다. 회전식 초음파 기계는 높은 수준의 정밀도로 깊은 구멍을 생성하는 데 사용됩니다.
회전식 초음파 진동 가공은 여전히 ​​광범위하게 연구되고 있는 비교적 새로운 제조 공정입니다. 현재 연구원들은 이 프로세스를 마이크로 수준에 적용하고 기계가 밀링 머신과 유사하게 작동할 수 있도록 하려고 노력하고 있습니다.

2. 화학 보조 초음파 진동 가공
화학 보조 초음파 가공(CUSM)에서 화학적 반응성 연마액은 유리 및 세라믹 재료의 더 큰 가공을 보장하는 데 사용됩니다. 불산과 같은 산성 용액을 사용하면 기존의 초음파 가공에 비해 재료 제거율 및 표면 품질과 같은 가공 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
CUSM을 사용하면 가공 시간과 표면 거칠기가 감소하지만 새로운 슬러리 선택의 추가 화학 반응성으로 인해 입구 프로파일 직경이 정상보다 약간 더 큽니다. 이러한 확대 범위를 제한하려면 사용자 안전과 고품질 제품을 보장하기 위해 슬러리의 산 함량을 신중하게 선택해야 합니다.

 

초음파 가공의 응용

▷ 매우 정밀하고 복잡한 형상의 제품을 가공합니다.
▷ 모든 모양의 둥근 구멍을 뚫습니다.
▷ 부서지기 쉬운 재료를 연마합니다.
▷ 구멍을 프로파일링합니다.
▷ 조각
▷ 트레패닝 및 코이닝
▷ 스레딩
▷ 단단한 재료를 자르고 브로칭합니다.
▷ 유리, 도자기 가공.
▷ 정밀한 광물석, 텅스텐을 가공합니다.
▷ 다이 피어싱 및 절단 작업용.
▷ 미세 구조 유리 웨이퍼와 같은 미세 전자 기계 시스템 구성 요소의 생성에 사용하기에 충분히 정확합니다.
▷ 다이아몬드는 원하는 모양으로 절단됩니다.

 

초음파 가공의 장점

공작물에서 재료를 제거할 수 있는 수십 개의 다른 제조 공정이 있으며, 그 적용은 일반적으로 강하고 내구성 있는 재료로 만들어진 공작물로 제한됩니다. 그러나 초음파 가공은 단단하고 부서지기 쉬운 재료로 만들어진 것을 포함하여 거의 모든 유형의 공작물에서 재료를 제거할 수 있기 때문에 독특합니다.

공작물이 유리, 세라믹 또는 석영으로 만들어졌든 초음파 기계를 사용하여 물리적 치수를 변경할 수 있습니다.

초음파 가공은 공작물을 가열할 필요가 없습니다. 공작물이 열 변동에 민감한 경우 이 가공 프로세스를 사용하여 안전하게 변경할 수 있습니다. 초음파 가공 중에 공작물의 온도는 동일하게 유지됩니다. 즉, 공정은 가공물을 가열하거나 냉각할 필요가 없습니다.

또한 초음파 가공은 다른 많은 가공 공정보다 높은 공차를 제공합니다. 다른 가공 공정에서는 불가능한 높은 공차로 공작물을 수정할 수 있습니다.

 

초음파 가공의 단점

반면에 초음파 가공에는 몇 가지 단점이 있으며 그 중 하나는 재료 제거 속도가 평균보다 느립니다. 공작물에서 재료를 제거하는 특별히 빠른 방법은 아닙니다.

반대로 대부분의 다른 가공 공정보다 느립니다. 대량 생산 공정을 원하는 제조 회사의 경우 초음파 가공은 좋지 않은 선택일 수 있습니다.

평균보다 느린 재료 제거 속도 외에도 초음파 가공은 깊은 구멍 사용을 지원하지 않습니다. 제조 회사가 공작물을 초음파 가공 도구에 노출시키기 전에 공작물에 구멍을 뚫는 것은 드문 일이 아닙니다. 그러나 구멍이 너무 깊으면 슬러리가 채울 수 없습니다.