거친 도재 가공
초음파 가공 기술은 제조업체가 첨단 세라믹 부품의 처리량을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
방위 시스템을위한 차세대 미사일 돔에서 의료 산업을위한 엉덩이 임플란트 구성 요소에 이르기까지 세라믹 소재의 기계적 특성은 광범위한 응용 분야에 이상적입니다. 산화 알루미늄 (alumina)과 질화규소 (silicon nitride)와 같은 세라믹 재료는 극한의 인성, 고온에 견딜 수있는 능력, 화학적 부식에 대한 내성 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 이러한 속성과 다른 것들은 예외적 인 내구성을 가진 구성 요소가 필요한 설계자에게 도자기를 매력적으로 만듭니다. 불행히도 이러한 동일한 특성은 적절한 기술 없이는 극복하기 어려운 제조상의 어려움을 나타냅니다.
다이아몬드가 함침 된 회전식 절삭 공구를 사용하여 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 공작 기계로보다 부드러운 유리로 만든 부품을 효과적으로 제조 할 수 있습니다. 그러나이 방법을 세라믹에 적용 할 때 절삭 공구는 공구와 소재가 재료의 경도로 인해 더 큰 힘을 견디기 때문에 훨씬 빠른 속도로 마모됩니다. 증가 된 힘을 보완하기 위해 기계 작업자는 절삭 이송 속도 (공구가 부품으로 이동되는 속도)를 줄이면서 공구 주축 속도를 증가시켜야합니다. 결과적으로 사이클 시간이 길어지고 효율이 떨어집니다.
초음파 가공
초음파 가공 기계로 알려진 기술은 기존의 CNC 가공과 관련된 문제점을 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 초음파 머시닝 센터 *는 기술을 통합하여 비용 효율적으로 세라믹 부품을 가공합니다. 초음파 가공은 회전 공구에 상하 진동을 추가하여 이러한 매우 단단한 재료를 더 자유롭게 절단 할 수 있습니다.
진동의 진폭은 작지만 (마이크로 미터) 공구가 이상적인 주파수에서 진동 할 때 재료를 제거하는 데 효과적입니다. kHz로 측정 된 이상적인 주파수를 유지하면 기계가 최고의 효율로 작동하고 예측 가능한 결과를 얻을 수 있습니다.
독점 소프트웨어 **는 초기 설정 중에 주파수 스윕을 수행하여 각 공구의 이상적인 발진 주파수를 결정합니다. 주파수 스윕은 작업에 사용되는 공구의 크기, 모양 및 질량을 분석하여 최적 주파수 (일반적으로 20kHz ~ 40kHz)를 식별합니다. 이상적인 주파수가 결정되고 싸이클이 시작되면 소프트웨어는 부품이 가공되는 동안 주파수를 자동으로 조정하여 최대 초음파 가공 성능을 유지합니다. 주파수의 변화는 공구가 부품과 접촉 할 때 가공 조건의 변화에 따라 수 헤르츠에서 수백 헤르츠의 범위를 가질 수 있습니다.
경질 세라믹 재료의 고급 가공 공정은 다음과 같은 이점을 제공합니다.
가공 중 공작물 및 공구에 가해지는 힘이 현저하게 줄어들어 작업자가 가공 속도를 높이고 이송 속도를 자유롭게 조절할 수 있습니다.
표준 연삭 / 밀링 머신과 비교하여 사이클 시간 단축
부품 및 공구에 가해지는 힘의 감소로 인한 최소 공구 마모 및 긴 공구 수명
예측 가능한 공구 수명으로 인해 가공 된 부품의 정밀도가 향상됩니다.
툴링 비용 절감
스핀들 속도 감소, 특히 .007 in.
또한, 초음파 가공은 표준 CNC 연삭 / 밀링에 비해 향상된 표면 품질을 보여줍니다. 이는 필요한 부품 사양을 얻기 위해 후속 폴리싱 공정이 필요할 때 특히 중요합니다. 부품의 표면 형상과 거칠기가 연마 공정 후에 더 정밀할수록 연마하는데 걸리는 시간은 줄어 듭니다.
* OptiSonic Systems에서 개발 한 OptiSonic ™ 시리즈 등. ** OptiPro Systems에서 개발 한 IntelliSonic ™.
테스트 및 결과
철저한 테스트를 통해 초음파 가공 기술을 사용하여 세라믹 소재의 제조 효율을 높일 수있는 방법이 제시되었습니다. 경우에 따라 표준 CNC 가공과 비교했을 때 사이클 시간이 50 % 이상 단축되었습니다. 최근 두 가지 테스트가 서로 다른 절단 시나리오에서 초음파 가공의 성능을 평가하기 위해 수행되었습니다.
첫 번째 테스트에는 알루미나의 초음파 가공이 포함되었습니다. 기술 세라믹의 알루미나 계열은 순도 수준에 따라 분류됩니다. 더 높은 순도의 알루미나는 까다로운 어플리케이션에 이상적입니다 .1 초음파 가공의 이점을 측정하기 위해 직경 16mm 및 깊이 50mm의 원형 포켓을 알루미나로 가공했습니다. 12.7 mm 직경의 다이아몬드 공구에 초음파 보조 장치를 추가하여 스핀들을 1,650 mm / min의 프로그래밍 된 이송 속도로 8,511 RPM으로 설정했습니다. 각 포켓은 6 분 30 초의 사이클 타임으로 완료되었습니다. 비교해 보면, 기존의 CNC 밀링 머신을 사용하여 이러한 구멍 중 하나를 가공하는 데 1 시간이 걸렸으며 과도한 마모로 각 구멍 다음에 공구를 교체해야했습니다. 초음파 장비에 사용 된 다이아몬드 공구는 12 개의 구멍을 생성 한 후 거의 마모되지 않았습니다.
두 번째 테스트는 실리콘 질화물에 대한 초음파 가공의 효율성을 결정하기 위해 수행되었습니다. 실리콘 나이트 라이드는 매우 높은 인성뿐만 아니라 예외적으로 높은 열충격 저항성을 가질 수있는 독특한 결정립 구조를 가지고 있습니다 .2이 테스트에서 4mm 다이아몬드 코어 드릴은 부품에 직선 Z 축 피드를 수행하여 깊이 13 mm의 구멍. 초음파 드릴링을 사용하여 코어 드릴링 파라미터에는 6,511 RPM의 스핀들 속도와 1 mm / min의 이송 속도가 포함되었습니다. 1 mm / min의 이송 속도는 작지만 실리콘 질화물의 극한 경도를 고려할 때 이상적입니다. 이 파라미터에서 구멍을 완성하는 총 사이클 시간은 표준 CNC 가공보다 3 배 빠른 15 분입니다.
확장 된 기능
세라믹 부품 시장이 지속적으로 성장함에 따라 제조업체는 최신 기술을 갖춘 것이 중요합니다. 초음파 머시닝 센터는 표준 CNC 연삭 / 밀링 기계보다 더 많은 기능을 제공하며 다양한 어플리케이션에 이상적입니다. 필요에 따라 경량 부품, 긴 코어, 작은 구멍 또는 복잡한 기하학적 형상이 필요한 경우에도 다이아몬드 연삭 공구에 초음파 진동을 추가하면 효율이 향상되고 공구 수명이 늘어납니다. 초음파 머시닝 센터를 사용하는 제조업체는 새로운 도구를 구입하는 데 드는 시간과 비용을 줄이면서 세라믹 부품의 처리량을 더 많이 경험할 수 있습니다.
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