Ultrasonic Machining (USM) – Bagian Utama, Prinsip Kerja, Keuntungan dan Kerugian dengan Aplikasi

Pemesinan Ultrasonik (USM) juga disebut sebagai pemesinan getaran ultrasonik adalah proses pemesinan di mana material dihilangkan dari permukaan suatu bagian dengan amplitudo rendah dan getaran frekuensi tinggi dari suatu alat terhadap permukaan material dengan adanya partikel abrasif.

• Gerakan pahat berlangsung secara vertikal atau ortogonal terhadap permukaan benda kerja. Pahat bergerak dengan amplitudo 0,05 mm hingga 0,125 mm (0,002 hingga 0,005 inci).
• Bubur dibentuk dengan mencampurkan butiran abrasif halus di dalam air. Bubur ini dibuat mengalir melintasi w/p dan ujung pahat selama proses pemesinan. Partikel penguatan abrasif dalam bubur membantu menghilangkan material dari permukaan w/p. Ukuran butir dari bahan abrasif biasanya berkisar antara 100 hingga 1000. Butir yang lebih kecil (yaitu jumlah butir yang lebih banyak) menghasilkan permukaan akhir yang halus.
• Proses pemesinan ini biasanya digunakan untuk memesin material yang getas dan material yang memiliki kekerasan tinggi.

Prinsip Kerja Pemesinan Ultrasonik

Arus listrik pada frekuensi tinggi (dalam rentang ultrasonik yaitu 18 kHz hingga 40 kHz) digunakan untuk menghasilkan getaran mekanis dengan amplitudo rendah dan frekuensi tinggi. Getaran mekanis yang dihasilkan digunakan untuk pemesinan permukaan bagian dengan adanya partikel butiran abrasif dalam bentuk bubur. Bubur mengalir melintasi pahat dan benda kerja. Saat pahat menekan w/p, bubur yang mengandung partikel abrasif terkelupas dari permukaan material.

Baca Juga: 

• Pemesinan Sinar Laser – Bagian Utama, Prinsip, Bekerja dengan Aplikasi
• Bagaimana Proses Pemesinan Berkas Elektron Bekerja?
• Pemesinan Elektrokimia (ECM) – Prinsip Kerja, Peralatan, Keuntungan dan Kerugian dengan Aplikasi

Bagian utama

Mesin pemesinan ultrasonik terdiri dari dua bagian utama transduser dan sonotrode (juga disebut sebagai klakson), terhubung ke unit kontrol elektronik dengan kabel.

Fungsi berbagai bagian dijelaskan di bawah ini

1. Transduser:

Transduser terutama terdiri dari silinder yang terbuat dari keramik piezoelektrik. Ini mengubah energi listrik menjadi getaran mekanis. Transduser kemudian menggetarkan sonotrode pada amplitudo rendah dan frekuensi tinggi.

2. Sonotrode:

Itu terbuat dari baja karbon rendah. Salah satu ujungnya terhubung dengan transduser dan ujung lainnya berisi alat. Sonotrode bergetar pada amplitudo rendah dan frekuensi tinggi dan menghilangkan material dari w/p dengan abrasi di tempat kontaknya.

3. Unit Kontrol:

Unit kontrol terdiri dari osilator elektronik yang menghasilkan arus bolak-balik pada frekuensi tinggi. Frekuensi yang dihasilkan biasanya antara 18 kHz hingga 40 kHz dalam rentang ultrasonik.

Jenis USM

1. Pemesinan getaran ultrasonik Rotary (RUM):

Di RUM, alat yang berputar secara vertikal diizinkan untuk berputar di sekitar sumbu sonotrode. Permukaan alat diresapi dengan berlian yang digunakan untuk menggiling permukaan bagian. Bubur abrasif tidak digunakan dalam mesin jenis ini untuk menghilangkan material.

2. USM Berbantuan Kimia:

Dalam pemesinan ini, cairan abrasif yang reaktif secara kimia digunakan untuk proses pemesinan.

Bekerja Proses Pemesinan Ultrasonik

• Transduser dan sonotrode dipasang ke unit kontrol dengan kabel.
• Unit kontrol memiliki osilator elektronik yang menghasilkan arus bolak-balik dengan rentang frekuensi ultrasonik tinggi antara 18 kHz hingga 40 kHz.
• Arus bolak-balik frekuensi tinggi ini disuplai ke transduser. Transduser mengubah arus bolak-balik ini menjadi getaran mekanis dan mentransmisikan getaran mekanis ini ke sonotrode yang terpasang padanya.
• Sonotrode digetarkan oleh transduser dengan amplitudo rendah dan frekuensi tinggi. Ketika sonotrode yang bergetar ini mengenai permukaan w/p, ia menghilangkan material darinya. Bubur mengalir di antara pahat dan benda kerja dan membantu menghilangkan material dari permukaan.
• Bubur yang digunakan dalam pemesinan ultrasonik mengandung 20% ​​hingga 60% volume air, aluminium oksida, boron Karbida, dan partikel silikon karbida.
• Begini cara kerja pemesinan ultrasonik.

Keuntungan

• Metode pemesinan ini mampu memproses material yang rapuh dan keras dengan presisi tinggi.
• Ini dapat mengolah bahan rapuh seperti kaca dan logam non-konduktif yang tidak dikerjakan dengan metode non-tradisional seperti pemesinan elektrokimia atau pemesinan pelepasan listrik.
• Ini mampu menghasilkan suku cadang dengan toleransi tinggi.
• Tidak ada distorsi yang dihasilkan pada material yang dikerjakan. Dan ini karena, tidak ada panas yang dihasilkan oleh sonotrode terhadap w/p.
• Tidak ada perubahan yang diamati pada sifat fisik material.
• Suku cadang mesin yang diproduksi membutuhkan proses finishing yang lebih sedikit karena tidak adanya gerinda dalam prosesnya.

Kekurangan

• Penghilangan logam lambat karena mekanisme micro chipping atau erosi.
• Keausan ujung sonotrode terjadi lebih cepat.
• Pemesinan lubang dalam tidak mudah dengan metode ini karena lumpur abrasif tidak dapat mengalir di dasar lubang (Kecuali pemesinan ultrasonik putar).
• Pemesinan getaran ultrasonik hanya dapat digunakan untuk material mesin yang memiliki nilai kekerasan minimal 45 HRC (HRC:Skala Rockwell untuk mengukur kekerasan material).

Aplikasi

• Biasanya digunakan untuk mengolah material yang rapuh dan keras. Kaca, karbida, keramik, batu mulia, dan baja yang dikeraskan adalah bahan yang paling umum dikerjakan oleh USM.
• Ini adalah metode pemesinan yang sangat presisi dan digunakan dalam pembuatan komponen sistem mikro-elektrokimia seperti wafer kaca berstruktur mikro.

Referensi: wikipedia.org