PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG SIÊU ÂM I. Khái niệm : 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. II. Nguyên lý gia công : Gia công bằng siêu âm các vật thể rắn chủ yếu là ứng dụng tán sắc của siêu âm. 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 có sợi xốp. 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, còn phân tử chất sợi thì đứng yên. Sau đó do tác dụng cọ sát của chất lỏng, có những phân tử nhỏ rơi rụng từ các sợi vật thể rắn. Người ta có thể tăng cường tác dụng đó bằng cách rắc thêm vào bột thạch anh mịn như là một pha thứ ba. Các bột thạch anh cứng, sắc cạnh, lơ lửng sẽ chuyển động theo âm trường, và chất lỏng với mức độ chuyển động nhiều hay ít tương ứng với kích thước của chúng. Trong quá trình chuyển động, chúng gọt giũa vật thể rắn. Hình 2.1 : Nguyên lý gia công Nguyên lý gia công một cách tổng quát : . Dao động có tần số từ 1830 kHz được máy phát siêu âm (6) truyền đến bộ biến từ (5). Tại đây dao động biến thành dao động cơ học, có cùng tần số, còn biên độ dao động trong khoảng 5÷10 μm, để có thể nhận được biên độ dao động cần thiết cho việc gia công 30÷80 μm cần phải có thanh truyền (4) đặt sau bộ biến từ (5). . Dụng cụ (3) có hình dạng theo yêu cầu gia công đuợc lắp vào đầu của thanh truyền (4). Dung dịch hạt mài (7) được đưa vào vùng gia công ở phía đầu dụng cụ. Tổng hợp chuyển động (2) được gá đặt trên bàn máy (1) bàn máy có thể chuyển động theo hai phương thẳng đứng do đầu máy thực hiện. . Khi chi tiết gia công cố định thì có thể gia công được lỗ thông hoặc lỗ không thông, lỗ định hình hoặc cong, cắt rãnh, cắt đứt . . . nếu cung cấp cho phôi hoặc dung dịch thêm một chuyển động phụ thì có thể thực hiện được các nguyên công phay, mài, tiện, cắt đứt, cắt riêng. Để gia công bằng siêu âm, cần phải có máy phát siêu âm. Siêu âm được dẫn vào đầu biến từ để tạo nên các dao động cơ học có biên độ cần thiết. Thiết bị này làm việc trên cơ sở sự thay đổi chiều dài của một số kim loại (hiện tượng “co ngắn nhiễm từ”) như sắt, nikel, cobal và các hợp kim của chúng, dưới tác động của điện trường hoặc từ trường. Hiện tượng này được gọi là từ giảo và đầu biến từ là thành phần chính yếu trong máy gia công bằng siêu âm. Nguyên lý làm việc của đầu biến từ được trình bày như hình 2.2. Dòng điện có tần số cao của máy phát siêu âm được đưa vào cuộn dây kích thích 2 tạo nên từ trường thay đổi có cùng tần số tác động vào lõi 1 của bộ rung động. Lõi 1 được chế tạo từ các tấm kim loại có tính từ giảo. Để sử dụng đặc tính từ giảo tốt hơn, ta tạo thêm một từ trường không đổi bằng hai cuộn dây từ hóa 4 lắp trên lõi từ 3. Dao động dọc xuất hiện do từ giảo trong bộ rung động có biên độ từ 5÷10 μm được truyền qua thanh truyền 6. Thanh này được lắp giữa hai vòng kẹp 5, làm nhiệm vụ khuếch đại biên độ dao động lên giá trị cần thiết là 30÷80 μm và truyền đến dụng cụ cắt 7 lắp ở cuối thanh truyền. Dung dịch hạt mài được đưa vào giữa mặt dụng cụ cắt 7 và chi tiết gia công 8. Nó chuyển động với tần số cao, tạo nên va đập lấy đi lượng kim loại trên bề mặt chi tiết. Hạt mài thường dùng là carbid bo, carbid silic, Corun, kim cương có cỡ loại từ 280÷400. Chất lỏng mang hạt mài có dạng huyền phù có thể là nước, dầu lửa, dầu công nghiệp. Dung dịch mài được đưa vào vùng gia công dưới dạng tưới. Trong trường hợp gia công lỗ sâu hơn 5mm, phải dùng dung dịch có áp suất đưa qua lỗ được hình thành bên trong dụng cụ hoặc chi tiết gia công. Vật liệu dụng cụ thường dùng là thép 45, 40Cr, Y8A, Y10A .v.v. Khi gia công hợp kim cứng, năng suất có thể đạt 200 mm3lf; độ nhám 0,16