Pemesinan Ultrasonik Dijelaskan: Prinsip, Manfaat, dan Aplikasi
Dalam artikel ini, Anda mempelajari apa itu pemesinan ultrasonik? bagaimana cara kerjanya? bagian, aplikasi, manfaat, dan kerugian dari pemesinan ultrasonik. Unduh file PDF gratis artikel ini di akhir.
Proses Pemesinan Ultrasonik
Apa itu Ultrasonik?
Istilah ultrasonik digunakan untuk menggambarkan gelombang getaran dengan frekuensi, yang di atas batas frekuensi atas telinga manusia, yaitu di atas 16 kHz.
Alat untuk mengonversi tipe energi apa pun menjadi gelombang ultrasonik adalah transduser ultrasonik.
Energi listrik ini dikonversi menjadi getaran mekanis. Dan untuk ini, efek piezoelektrik digunakan dalam display magnetostriksi yang ditunjukkan oleh kristal alami atau sintetis atau beberapa logam.
Magnetostriksi berarti bahwa perubahan amplitudo yang terjadi dalam material ferromagnetik tunduk pada medan magnet bergantian.
Dalam pemesinan ultrasonik, alat yang bergetar secara longitudinal pada 20 kHz hingga 30 kHz dengan amplitudo antara 0,01 mm hingga 0,06 mm ditekan pada permukaan workpiece dengan gaya ringan.
Saat alat bergetar dengan frekuensi tertentu, slurry abrasif, biasanya campuran grain abrasif dan air dengan rasio tetap (20% – 30%), mengalir di bawah tekanan melalui antarmuka alat-workpiece.
Gaya impact yang timbul dari getaran ujung alat dan aliran slurry melalui antarmuka work-tool sebenarnya menyebabkan ribuan grain mikroskopik untuk menghapus material workpiece oleh abrasi. Alat memiliki bentuk yang sama dengan rongga yang akan dipemesin.
Metode ini digunakan untuk memesin material keras dan rapuh yang baik mengantri atau tidak mengantri listrik. Analisis mekanisme penghapusan material oleh proses USM menunjukkan bahwa terkadang dapat disebut Ultrasonic Grinding (USG)
Prinsip Kerja Pemesinan Ultrasonik
Gambar menunjukkan operasi pemesinan ultrasonik. Oscillator elektronik dan amplifier, juga dikenal sebagai generator, mengonversi energi listrik tersedia frekuensi rendah menjadi daya frekuensi tinggi berurutan 20 kHz yang disuplai ke transduser.
Transduser beroperasi oleh magnetron striction. Supply daya frekuensi tinggi mengaktifkan stack dari material magnetostrictive yang menghasilkan gerakan getaran longitudinal dari alat. Amplitudo getaran ini tidak memadai untuk tujuan pemotongan. Ini, oleh karena itu, ditransmisikan ke alat penetrasi melalui perangkat fokus mekanis yang menyediakan getaran intens dengan amplitudo yang diinginkan di ujung alat.
Perangkat fokus mekanis kadang-kadang disebut velocity transformer. Ini adalah shank yang menyempit atau disebut ‘horn’. Ujung atasnya di clamp atau brazed ke wajah bawah material magnetostrictive. Ujung bawahnya disediakan dengan sarana untuk mengamankan alat.
Semua bagian ini, termasuk alat yang terbuat dari baja rendah karbon atau stainless steel dalam bentuk rongga yang diinginkan, bertindak sebagai satu tubuh elastis yang mentransmisikan getaran ke ujung alat.
Baca: Jenis Proses Pemesinan Tak Konvensional
Abrasif yang Umum Digunakan Adalah
aluminium oxide (alumina), boron carbide, silicon carbide, dan debu berlian. Boron adalah bahan abrasif yang paling mahal dan paling cocok untuk pemotongan tungsten carbide, baja alat, dan permata. Silicon memiliki aplikasi paling banyak. Untuk memotong kaca dan keramik, alumina ditemukan sebagai yang terbaik.
Slurry abrasif menyebar ke antarmuka work-tool oleh pompa. Sistem pendingin pendingin digunakan untuk mendinginkan slurry abrasif ke suhu 5 hingga 6 °C. Metode yang baik adalah menyimpan slurry dalam kolam di zona pemotongan.
Ukuran abrasif bervariasi antara 200 grit dan 2000 grit. Grade kasar bagus untuk roughing, sedangkan grade yang lebih halus, katakanlah 1000 grit, digunakan untuk finishing. Abrasif segar memotong lebih baik dan slurry oleh karena itu harus diganti secara berkala
Akurasi USM
Kecepatan penetrasi maksimum dalam material lembut dan rapuh seperti keramik lembut berurutan 20 mm menit, tapi untuk material keras dan tahan lama, tingkat penetrasi lebih rendah. Akurasi dimensi hingga t0,005 mm mungkin dan finishing permukaan hingga nilai Ra 0,1-0,125 mikron dapat diperoleh.
Radius sudut minimum 0,10 mm mungkin untuk finishing pemesinan. Rentang ukuran mesin USM bervariasi dari tipe portable ringan dengan input sekitar 20 W hingga mesin berat dengan input hingga 2 kW.
Keterbatasan Proses
Keterbatasan utama proses ini adalah tingkat pemotongan logam yang relatif rendah. Tingkat pengosongan logam maksimum adalah 3 mm®/s dan konsumsi daya tinggi. Kedalangan lubang silinder saat ini terbatas pada 2,5 kali diameter alat.
Aus alat meningkatkan sudut lubang, sementara sudut tajam menjadi bundar. Ini berarti penggantian alat esensial dalam produksi lubang butir yang akurat. Juga, proses ini terbatas, dalam bentuknya saat ini untuk memesin permukaan dengan ukuran relatif kecil.
Perkembangan Terbaru
Baru-baru ini ada perkembangan baru dalam pemesinan ultrasonik di mana alat yang diimpregnasi dengan debu berlian digunakan dan tidak ada slurry yang digunakan. Alat telah berosilasi pada frekuensi ultrasonik serta berputar. Jika tidak memungkinkan untuk memutar alat, workpiece dapat diputar.
Inovasi ini telah menghilangkan beberapa kekurangan proses konvensional dalam pemboran lubang dalam. Misalnya, dimensi lubang dapat dijaga dalam +0,125 mm. Lubang hingga kedalaman 75 mm telah dibor dalam keramik tanpa penurunan tingkat pemesinan seperti yang dialami dalam proses konvensional.
Aplikasi Pemesinan Ultrasonik
Keesederhanaan proses ini membuatnya ekonomis untuk berbagai macam aplikasi seperti:
- Membuat lubang bundar dan lubang dengan bentuk apa pun untuk yang alat dapat dibuat. Rentang bentuk yang dapat diperoleh dapat ditingkatkan dengan memindahkan workpiece saat pemotongan.
- Operasi pemesinan seperti bor, giling, dan operasi frais pada semua material yang mengantri dan tidak mengantri.
- Memesin kaca, keramik, tungsten, dan karbide keras lainnya, permata seperti ruby sintetis.
- Dalam memotong screw pada komponen yang terbuat dari logam keras dan paduan dengan memutar dan mentranslasikan workpiece atau alat.
- Dalam membuat dies tarik kawat tungsten carbide dan berlian dan dies untuk proses forg dan extrusion.
- Mengaktifkan dokter gigi untuk membor lubang dengan bentuk apa pun pada gigi tanpa menciptakan rasa sakit.
Keuntungan dan Kerugian Pemesinan Ultrasonik
Keuntungan
- Material keras dan rapuh sangat dapat dengan mudah dipemesin.
- Profil yang sangat akurat dan finishing permukaan yang baik dapat dengan mudah diperoleh.
- Workpiece yang dipemesin bebas dari stres.
- Tingkat pengosongan logam rendah.
- Karena tidak ada generasi panas dalam proses, properti fisik material workpiece tetap tidak berubah.
- Operasi tanpa kebisingan.
- Operasi peralatan cukup aman.
Kerugian
- Tingkat pengosongan logam rendah.
- Biaya peralatan awal lebih tinggi dari pada alat mesin konvensional.
- Proses ini tidak cocok untuk pengosongan logam berat
- Biaya tooling juga tinggi.
- Kesulitan ditemui dalam memesin material yang lebih lunak
- Konsumsi daya cukup tinggi.
- Ukuran rongga yang dapat dipemesin terbatas.
Kesimpulan
Pemesinan ultrasonik memiliki banyak keuntungan dalam industri manufaktur. Saya harap saya telah mencakup semuanya tentang USM. Jika Anda memiliki pertanyaan tentang topik ini Anda dapat bertanya di komentar.
Jika Anda menemukan artikel ini membantu silakan bagikan dengan teman-teman Anda.
Langganan newsletter kami [It’s FREE]
