1
I. Khái niệm
II. Nguyên lý gia công
III. Cơ sở lý thuyết của gia công siêu âm (26)
IV. Thiết bị và dụng cụ
V. Các thông số công nghệ (37)
VI. Một số công nghệ gia công bằng siêu âm
1) Khoan - Khoét - Doa bằng siêu âm
2) Mài - Cắt - Xẻ rãnh bằng siêu âm
VII. Đặc điểm - phạm vi ứng dụng
A. Gia công siêu âm
Câu hỏi ôn tập
2
I. Khái niệm siêu âm

Gia công bằng siêu âm là truyền dao động vào
vùng cắt dưới tần số siêu âm. Dao động này va
đập vào hạt mài, hạt mài va đập vào vùng cắt tạo
nên bề mặt cần gia công.

Siêu âm là sóng đàn hồi có tần số từ 20 kHz ÷
1 GHz, nhưng dùng để gia công chỉ với tần số từ
15÷30 kHz.

Máy siêu âm dùng để gia công các chi tiết chế
tạo từ vật liệu cứng và dòn như thủy tinh, gốm
sứ, đá, germani, hợp kim cứng, kim cương .v.v.
( Lịch sử phát triển )
3
II. Nguyên lý gia công siêu âm
(Phát biểu 1)

(Phát biểu 2)
4
Có một số kim loại như coban (Co) Niken(Ni) và các hợp kim của
chúng có khả năng đặc biệt co ngắn lại dưới tác dụng của từ trường và
"dài" ra khi thôi bị tác động của từ trường mỗi lần co ra ngắn vào như
thế tạo ra một dao động và phát ra sóng.
Người ta có thể lợi dụng việc này để tạo ra sóng siêu âm.
II. Nguyên lý gia công siêu âm

Nguyên lý gia công nhờ sóng siêu âm.
Khi sóng siêu âm được tạo ta người ta đưa vào dụng cụ cắt, và
"trộn" vào dung môi là các hạt mài siêu nhỏ , với dao động của
sóng siêu âm tạo ra cho các hạt mài không ngừng dao động với
tần số cao khi hướng dòng dao động hạt mài này vào bề mặt. Khi
những dòng hạt mài này liên tiếp va đập vào mặt gia công và đập
vào những hạt kim loại bên ngoài bề mặt gây dao động cưỡng
bức tạo ra năng lượng, khi năng lượng này lớn và vượt quá giới
hạn lực liên kết hạt trong tổ chức kim loại chúng sẽ bứt ra khỏi bề
mặt kim loại và lại tạo thành dòng hạt mài tiếp tục va đập quá
trình này xảy ra liên tiếp đến khi thôi tác dụng của sóng siêu âm
và nó hớt đi một lớp kim loại trên bề mặt

đây chính là quá trình
cắt.
(Phát biểu 2)
5
II. Nguyên lý gia công siêu âm
6

Gia công bằng siêu âm các vật

thể rắn thực chất là ứng dụng sự cọ
sát cơ học của môi trường hai pha
để tạo nên tác dụng gia công.

Giả thiết trong một môi trường
chất lỏng tồn tại chất rắn(bột thach
anh). Dưới tác dụng của sóng siêu
âm có tần số trung bình, các phân
tử của chất lỏng chuyển động theo
đúng chuyển động của âm trường,
Các bột thạch anh cứng, sắc cạnh,
lơ lửng sẽ chuyển động theo âm
trường. Trong quá trình chuyển
động, chúng gọt giũa vật thể rắn.
Máy phát siêu âm
Bộ biến từ
Thanh truyền
Dụng cụ
Dung dịch hạt mài
Vật gia công
Bàn máy
II. Nguyên lý gia công siêu âm
7
II. Nguyên lý gia công siêu âm
8
II. Nguyên lý gia công siêu âm
1- Kim loại có tính từ giảo
2- cuộn dây kích thích tạo

từ trường

3- Lõi từ
4- Cuộn dây từ hóa
5- Vòng kẹp
6- Thanh truyền
7- Dụng cụ cắt
8- Vật gia công
(2)Tạo từ trường thay đổi
(1)Tạo từ giảo(dao động dọc)
(4)Tạo từ trường không đổi
(6)Khuếch đại biên độ DĐ
USM system
9

The machining system

USM COMPONENTS

THE MAGNETOSTRICTOR

ABRASIVE SLURRY

MATERIAL REMOVAL PROCESS

APPLICATIONS OF ULTRASONIC MACHINING

Drilling and coring

Ultrasonic sinking and contour machining

Micro-ultrasonic machining

10
Pha siêu âm
Vật liệu mài
Dao động
siêu âm
Tải trọng tĩnh
phôi gia công
Dụng cụ
Ultrasonic machine
Máy Siêu âm

USM COMPONENTS
11
Main elements of an ultrasonic machining system
(Dây dẫn tới
cuộn chuyển đổi)
Nước làm nguội
Bộ chuyển
đổi Từ giảo
Bộ tập kết
(Dung dich
vật liệu mài)

USM COMPONENTS
12
USM system components.
(Từ giảo)
(Tần số)
(Tập trung)
(Biên độ)

(Áp lực tĩnh)
(Kiểu
Cung cấp)
(Dung dịch)
B
u
ồ
n
g

g
i
a

c
ô
n
g

Hệ thống gá vật gia công

USM COMPONENTS
13
(Cuộn cao tần)
(Khung)
(Đồ gá máy biến
thế biên độ)
(Bộ từ giảo)
(Cuộn phân cực)
(Lõi từ giảo)

Magnetostriction transducer
(Bộ chuyển đổi từ giảo)

The magnetostrictor
14
Two-step amplification in USM.

The magnetostrictor
Mechanical amplifier.
Vibration amplitude
Magnetostrictor
Exponential amplifier
Stepped amplifier
15
b) Suction flow
(a) Jet flow
Slurry injection methods
Workpiece
Workpiece
Slurry out
Slurry out

ABRASIVE SLURRY
Slurry in
Slurry in
16

MATERIAL REMOVAL PROCESS
( mòn lõm)
(mòn lồi)

(mòn hở)
(mòn tạo bọt)
(Tác động Tự do)
(Va đập cục bộ)
(Các cơ chế loại bỏ vật liệu trong USM)
Material removal mechanisms in USM
(Tốc độ ăn mòn và dao động ổn định)
TOOL
17
Factors affecting USM performance

MATERIAL REMOVAL PROCESS
Working conditions
• Frequency
• Amplitude
• Pressure
• Depth
• Area
Material removal rate
Surface quality
Accuracy
Machine
• Stiffness
• Rigidity
• Feed accxuracy
Workpiece
• Ductility
• Hardness
• Compression
strength

• Tensile strength
Tool
• Hardness
• Wearability
• Accuracy
• Fatigue strength
• Mounting
Abrasive slurry
• Type
• Sizexx
• Carrier liquid
• Feeding method
• xx
Chipping rate
nhịp độ bóc vật liệu
18

Applications of Ultrasonic Machining
USM should be applied for shallow cavities cut in hard and
brittle materials having a surface area less than 1000 mm
2

Drilling and coring

Ultrasonic sinking and contour machining

Production of EDM electrodes

Ultrasonic polishing


Micro-ultrasonic machining

Cutting off parts made from semiconductors at high removal rates
compared to conventional machining methods.

Engraving on glass as well as hardened steel and sintered
carbide.

Parting and machining of precious stones including diamond.

Other applications
19
Coring Drilling
Cutoff
Finished
workpiece
Slurry
Slurry
1000 rpm
Ultrasonic
vibration
Rotary USM

Drilling and coring
(Khoan hoàn toàn)
(khoan tạo lõi)
(revolutions per minute)
20
US vibration + static feed
Numerical control

tool feed
Tool path
Slurry
Workpiece
Contour machining
Ultrasonic sinking
Tool
Slurry
Cavity
Workpiece
Ultrasonic sinking and contour machining

Ultrasonic sinking and contour machining
(Gia công siêu âm định hình và đường)
21

Ultrasonic sinking and contour machining
(a)Silicon nitride turbine blades (sinking),
(b) CFC acceleration lever and holes (contour USM)
22

Production of EDM electrodes
Graphit0065 EDM electrodes machined by USM
(Gilmore, 1995).
23

Ultrasonic sinking and contour machining
Before
After
Ultrasonic polishing of CNC machined parts

(Gilmore, 1995).
1995).
24
Z
Y
X
Numerical control
Tool feed
Tool rotation
Microtool
Slurry
Workpiece
Transducer
US vibration

Micro-ultrasonic machining
25

Micro-ultrasonic machining
Micro-ultrasonic machined cavity
(Masuzawa and Tonshof, 1997 ).
san pham Sieu am