Phần 1: Phương pháp gia công siêu âm

1.    Khái niệm.

-    Gia công bằng siêu âm là truyền giao động vào vùng cắt với tần số siêu âm. Dao động này được ứng dụng để gia công (Loại bỏ nguyên liệu thừa).
-    Siêu âm là sóng đàn hồi có tần số từ 20kHz ÷ 1GHz, nhưng tần số dùng để gia công từ 15kHz ÷ 30kHz. Phương pháp gia công siêu âm dùng để gia công các chi tiết chế tạo từ những vật liệu cứng và dòn như: Thủy tinh, gốm sứ, đá, germani, hợp kim cứng, kim cương, …

2.    Nguyên lý gia công.

Dao động có tần số từ 18-30 kHz được máy phát siêu âm truyền đến bộ biến từ. Tại đây dao động biến thành dao động cơ học, có cùng tần số cùng biên độ dao động trong khoảng 5-10 μm, để có thể nhận được biên độ dao động cần thiết có việc gia công 30-80 μm cần phải có thanh truyền đặt sau bộ biến từ.
Dụng cụ có hình dạng phù hợp với nhu cầu gia công được lắp vào đầu của thanh truyền. Tổng hợp truyền động được gá đặt trên bàn máy là chuyển động theo phương thẳng đứng do đầu máy thực hiện. Khi chi tiết gia công cố định có thể gia công được lỗ thông hoặc không thông, lỗ định hình hoặc cong, cắt rãnh, cắt đứt… ngoài ra nếu có cung cấp thêm cho phôi thêm chuyển động phụ thì có thể thực hiện được các nguyên công phay, mài, tiện, cắt đứt…

3.    Các yêu cầu đối với nguồn âm.

-    Có khả năng hòa âm.
-    Âm lượng có thể biến đổi.
-    Ổn định.
-    Khả năng phát sóng tốt.
-    Có tần số thích hợp.
-    Công suất lơn.

4.    Đặc điểm của gia công siêu âm

•    Ưu điểm:
-    Gia công được vật liệu cứng, giòn.
-    Gia công được phi kim loại.
-    Không gây ra hiện tượng nứt tế vi bề mặt.
•    Nhược điểm:
-    Độ lớn của bề mặt gia công: Ki bề mặt gia công nhỏ, thao tác thực hiện khá phức tạp, khó khăn.
-    Độ sâu có thể gia công được: Chỉ có thể gia công lỗ và rãnh không quá sâu.
-    Năng suất: Năng suất thấp khi gia công vật liệu từ hợp kim cứng và thép đã tôi, bằng 1/20-1/50 năng suất khi gia công thủy tinh, thạch anh. Bên cạnh đó dụng cụ mòn nhiều hơn.

5.    Phạm vi ứng dụng.

Gia công bằng siêu âm ngoài việc sử dụng độc lập thì còn được sử dụng để nâng cao hiệu quả của các phương pháp gia công khác bằng cách đưa giao động của siêu âm tác dụng và dụng cụ cắt. Người ta tìm được nhiều biện pháp hợp lý để nâng cao năng suất cắt và tuổi thọ của dao trong gia công tiện, khoan, khoét, doa, mài, cắt ren …. với việc dùng siêu âm.
Chúng ta có thể chia thành các ứng dụng như sau:
-    Gia công chỉ bằng phương pháp siêu âm: khoan, mài, gia công ren, làm sạch bavia, gia công rãnh
-    Gia công bằng siêu âm phối hợp với phương pháp gia công khác: Khoan, phay, doa, mài tinh,..
-    Gia công không cắt gọt: Hàn, làm sạch kim loại, lắp ghép bằng ép, phân tích vật liệu có phân tử lớn, làm phát sinh và xúc tiến nhanh các quá trình gia công hóa và điện hóa.

Các thiết bị thực tế ứng dụng siêu âm
• Máy rửa siêu âm: Somax
Ứng dụng sự ăn mòn xâm thực để vệ sinh bề mặt sản phẩm mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nếu siêu âm được phóng qua chất lỏng, thì trong đó sẽ phát sinh áp lực cục bộ. Với âm lượng thích hợp thì có thể tạo nên sự biến đổi áp lực làm sinh nội ứng suất lớn đến mức làm mất đi sự liên kết giữa các phân tử của chất lỏng và làm cho chất lỏng bị phá hủy. Hiện tượng này có thể biết được khi thấy những bọt khí, được gọi là bọt khí xâm thực. Những bọt khí chỉ tồn tại trong thời gian ngắn. Khi chúng bị tan có áp lực rất lớn, gầm 1000 atm. Người ta dùng ứng dụng này để làm sạch các chi tiết, để đánh sạch rỉ, xúc tiến nhanh các quá trình hóa học.
Máy rửa siêu âm Somax ứng dụng siêu âm cùng hóa chất để làm sạch các vết bẩn mà không làm ảnh hưởng đến sản phẩm.

Máy rửa siêu âm Somax

• Máy phay siêu âm DMG Mori ULTRASONIC 50.
Đây là ứng dụng đưa nguồn dao động của siêu âm vào dụng cụ cắt, để tăng hiệu quả gia công, tăng tuổi thọ dao, gia công được các vật liệu cứng.

Máy phay siêu âm DMG Mori

• Máy hàn siêu âm.
Hàn siêu âm Ultrasonic weldding là quá trình hàn áp lực, sử dụng năng lượng cơ học của dao động siêu âm làm biến dạng dẻo cục bộ tại bề mặt mối ghép, làm cho các phần tử của các chi tiết hàn khuếch tán, thẩm thấu lẫn nhau và liên kết với nhau tạo thành một mối hàn.

6.    Xu hướng phát triển.

Nhu cầu phát triển công nghiệp ngày càng đòi hỏi gia công các vật liệu bán dẫn, gốm hợp kim cứng và nhiều vật liệu siêu cứng rắn, dòn khác. Do vậy đòi hỏi phải phát triển loại thiết bị gia công bằng siêu âm. Sự phát triển cần thiết không những chỉ đối với nhóm gia công độc lập, mà cả đối với những nhóm gia công phối hợp, mặc dầu hiện nay chưa có tầm quan trọng.
Bằng các phối hợp gia công siêu âm, gia công ăn mòn điện và gia công điện hóa với nhau, để gia công các vật liệu có khả năng dẫn điện, người ta có thê tăng năng suất và giảm hao mòn dụng cụ. Trong lĩnh vực phối hợp gia công, gia công siêu âm bổ sung cho gia công truyền thống và ngược lại, vì vậy cần nghiên cứu phát triển những loại thiết bị mới sử dụng đồng thời nhiều phương pháp gia công với nhau, nhầm tối ưu hiệu quả của từng phương pháp.

Yuasa Trading Việt Nam là nhà phân phối chính thức của nhiều thương hiệu nổi tiếng đến từ Nhật Bản, chuyên về máy móc thiết bị gia công kim loại. Quý khách hàng có nhu cầu tìm hiểu về Máy gia công kim loại thì hãy liên hệ với chúng tôi hoặc để lại thông tin trên trang web để được tư vấn.