Ultrasonic Machining: Pemotongan Presisi dengan Getaran Tinggi Frekuensi

Apakah Anda pernah mendengar tentang ultrasonic machining? Juga dikenal sebagai ultrasonic vibration machining, ini adalah proses manufaktur yang digunakan untuk menghapus bahan dari benda kerja melalui penggunaan getaran tinggi frekuensi yang digabungkan dengan partikel.

Alat ultrasonik pada dasarnya menciptakan banyak getaran kecil yang, seiring waktu, menghapus bahan dari benda kerja yang digunakan. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang ultrasonic machining dan cara kerjanya, teruskan membaca.

Apa Itu Ultrasonic Machining?

Ultrasonic machining adalah proses manufaktur substractive yang menghapus bahan dari permukaan bagian melalui getaran tinggi frekuensi, amplitudo rendah dari alat terhadap permukaan bahan dalam kehadiran partikel abrasif halus. Alat bergerak vertikal atau ortogonal terhadap permukaan bagian pada amplitudo 0.05 hingga 0.125 mm (0.002 hingga 0.005 in.).

Grosir abrasif halus dicampur dengan air untuk membentuk larutan yang ditaburi di seluruh bagian dan ujung alat. Ukuran grosir abrasif tipikal berkisar dari 100 hingga 1000, di mana grosir yang lebih kecil (nomor grosir lebih tinggi) menghasilkan finishing permukaan yang lebih halus.

Ultrasonic vibration machining biasanya digunakan pada bahan rapuh serta bahan dengan kekerasan tinggi karena mekanisme mikroretakan.

Dengan ultrasonic machining, alat menciptakan getaran yang melemparkan partikel mikro menuju benda kerja. Partikel biasanya dicampur dengan air atau cairan lain untuk membentuk larutan.

Ketika alat ultrasonik diaktifkan, ia melemparkan partikel ini dengan kecepatan tinggi menuju permukaan benda kerja. Sifat abrasif partikel membantu menggerinda bahan dari permukaan benda kerja.

Proses Ultrasonic Machining

Alat yang ada di mesin untuk memotong bahan terbuat dari bahan yang lebih lunak dibandingkan benda kerja. Alat biasanya terbuat dari bahan seperti baja lunak dan nikel. Saat alat bergetar, larutan abrasif (cair) ditambahkan yang mengandung grosir abrasif dan partikel.

Larutan abrasif ditambahkan hingga benda kerja berinteraksi dengan grosir. Akibatnya, kelemahan benda kerja mengasah permukaan sementara alat merusak secara bertahap.

Prinsip Kerja Ultrasonic Machining

Waktu yang dihabiskan pada mesin ultrasonik sepenuhnya tergantung pada frekuensi alat yang bergetar. Ini juga tergantung pada ukuran grosir dari larutan abrasif, kekakuan, dan viskositas.

Grosir yang digunakan dalam cairan abrasif biasanya boron carbide atau silicon carbide karena lebih kaku dari yang lain. Abrasif yang digunakan dapat dibawa dengan mudah jika viskositas cairan larutan lebih rendah.

Jenis-Jenis Ultrasonic Machining

1. Rotary ultrasonic vibration machining

Dalam rotary ultrasonic vibration machining (RUM), alat yang bergetar vertikal dapat berputar di sekitar sumbu vertikal alat. Alih-alih menggunakan larutan abrasif untuk menghapus bahan, permukaan alat diimpregnasi dengan berlian yang menggerinda permukaan bagian.

Mesin ultrasonik rotary spesialis dalam pemesinan keramik canggih dan alloy seperti kaca, kuarsa, keramik struktural, Ti-alloys, alumina, dan silicon carbide. Mesin ultrasonik rotary digunakan untuk membuat lubang dalam dengan tingkat presisi tinggi.

Rotary ultrasonic vibration machining adalah proses manufaktur yang relatif baru yang masih diteliti secara luas. Saat ini, peneliti mencoba menyesuaikan proses ini ke level mikro dan memungkinkan mesin untuk beroperasi serupa dengan mesin frais.

2. Chemical-assisted ultrasonic vibration machining

Dalam chemical-assisted ultrasonic machining (CUSM), larutan abrasif reaktif kimia digunakan untuk memastikan pemesinan kaca dan bahan keramik yang lebih besar. Menggunakan larutan asam, seperti asam hidroflorida, karakteristik pemesinan seperti laju penghapusan bahan dan kualitas permukaan dapat ditingkatkan secara signifikan dibandingkan ultrasonic machining tradisional.

Sementara waktu pemesinan dan kekasaran permukaan berkurang dengan CUSM, diameter profil masuk sedikit lebih besar dari biasanya karena reaktivitas kimia tambahan dari pilihan larutan baru. Untuk membatasi seberapa besar perbesaran ini, konten asam dari larutan harus dipilih dengan hati-hati untuk memastikan keselamatan pengguna dan produk berkualitas.

Aplikasi Ultrasonic Machining

Aplikasi Ultrasonic Machining adalah:

• Memasin artikel dengan bentuk yang sangat presisi dan rumit.
• Membor lubang bulat dengan bentuk apa pun.
• Menggerinda bahan rapuh.
• Membuat profil lubang.
• Mengukir
• Trepanning dan coining
• Membuat ulir
• Mengiris dan memekat bahan keras.
• Memasin kaca, keramik.
• Memasin batu mineral presisi, tungsten.
• Membor lubang cetakan dan untuk operasi pemotongan.
• Ini cukup presisi untuk digunakan dalam pembuatan komponen sistem mikro-elektro-mekanis seperti wafer kaca berstruktur mikro
• Berlian dipotong untuk bentuk yang diinginkan.

Keuntungan Ultrasonic Machining

Ada puluhan proses manufaktur lain yang mampu menghapus bahan dari benda kerja, aplikasi mereka biasanya terbatas pada benda kerja yang terbuat dari bahan yang kuat dan tahan lama. Ultrasonic machining unik, namun, karena mampu menghapus bahan dari hampir semua jenis benda kerja, termasuk yang terbuat dari bahan keras dan rapuh.

Apakah benda kerja terbuat dari kaca, keramik atau bahkan kuarsa, dimensi fisiknya dapat diubah menggunakan ultrasonic machining.

Ultrasonic machining tidak memerlukan pemanasan benda kerja. Jika benda kerja sensitif terhadap fluktuasi termal, dapat diubah dengan aman menggunakan proses pemesinan ini. Selama ultrasonic machining, suhu benda kerja akan tetap sama. Dalam kata lain, proses tidak memerlukan pemanasan atau pendinginan benda kerja.

Selain itu, ultrasonic machining menawarkan toleransi yang lebih tinggi daripada banyak proses pemesinan lain. Ia mampu memodifikasi benda kerja dengan toleransi tinggi yang tidak mungkin dengan proses pemesinan lain.

Kekurangan Ultrasonic Machining

Di sisi lain, ada beberapa kekurangan ultrasonic machining, salah satunya adalah laju penghapusan bahan yang lebih lambat dari rata-rata. Ini bukan cara yang sangat cepat untuk menghapus bahan dari benda kerja.

Sebaliknya, lebih lambat dari sebagian besar proses pemesinan lain. Untuk perusahaan manufaktur yang mencari proses produksi massal, ultrasonic machining mungkin merupakan pilihan yang buruk.

Selain laju penghapusan bahan yang lebih lambat dari rata-rata, ultrasonic machining tidak mendukung penggunaan lubang dalam. Tidak jarang perusahaan manufaktur membor lubang ke dalam benda kerja sebelum mengeksposnya pada alat ultrasonic machining. Namun, jika lubang terlalu dalam, larutan tidak akan dapat mengisinya.