Qu’est-ce qu’une machine d’usinage par ultrasons ?
Les machines d’usinage à ultrasons sont des dispositifs qui utilisent des ondes ultrasoniques pour effectuer des opérations de coupe et de polissage.
L’usinage avec des machines à ultrasons est réalisé en introduisant de l’huile de coupe ou une suspension de grains abrasifs entre l’outil et la pièce à usiner. Cela provoque progressivement une fracture fragile de la surface de la pièce et l’enlèvement de la matière. Ces machines sont capables d’usiner des formes tridimensionnelles sur des matériaux durs et cassants et se caractérise par le fait que l’usinage peut être effectué même si le matériau n’est pas conducteur.
Les machines d’usinage par ultrasons se composent d’un transducteur vibrant à ultrasons, d’un oscillateur qui entraîne le transducteur et d’une lame. Le transducteur est un élément capable de convertir une puissance à haute fréquence en vibrations ultrasoniques, et des vibrations à haute fréquence sont générées au point de contact entre l’outil et la pièce à usiner. Les vibrations à haute fréquence génèrent une énergie élevée au moment où l’outil entre en contact avec la pièce à usiner, ce qui permet d’usiner le matériau.
Elles sont largement utilisées dans l’usinage des métaux et des céramiques, et conviennent également lorsqu’un usinage de haute précision est nécessaire. Elles peuvent également traiter des matériaux non conducteurs, ce qui les rend utiles pour le traitement de matériaux difficiles à usiner et de matériaux coûteux.
Utilisations des machines d’usinage par ultrasons
Les machines à ultrasons sont performantes dans l’usinage de matériaux fragiles et difficiles à couper. Elles sont utilisées pour couper les céramiques et les fibres de carbone, usiner le verre de quartz et polir les moules. Elles sont également commercialisées comme coupeuses alimentaires à ultrasons pour couper le pain, les gâteaux et les pizzas : les vibrations ultrasoniques permettent une coupe fine. Elles réduisent aussi la résistance à la friction entre la lame et la denrée alimentaire, ce qui permet d’obtenir une surface de coupe propre.
Une autre utilisation se trouve dans le domaine médical. Le traitement par ultrasons est utilisé pour couper et extraire les os et les dents, ainsi que pour la chirurgie de la cataracte. Les vibrations ultrasoniques ont également pour effet de détruire les tissus et les cellules et sont utilisées dans le traitement du cancer et la liposuccion.
De plus, dans l’industrie alimentaire, les vibrations ultrasoniques sont utilisées pour l’émulsification, la dispersion, l’extraction et la stérilisation, et le traitement par ultrasons est une technologie essentielle dans la production de produits laitiers, d’assaisonnements, de jus et de liqueurs.
Principe des machines d’usinage par ultrasons
Le principe des machines d’usinage par ultrasons consiste à utiliser les vibrations ultrasoniques pour réduire la résistance à la coupe. Cela permet d’obtenir des vitesses de traitement élevées et une coupe de haute précision. En appliquant des vibrations ultrasoniques à la lame, la résistance au frottement est réduite. Cela usine des matériaux durs et des matériaux difficiles à usiner avec des méthodes d’usinage standard.
L’usinage par ultrasons se caractérise par deux méthodes, l’usinage à la broche et l’usinage abrasif. Dans le cas de l’usinage à la broche, des vibrations ultrasoniques sont appliquées au gabarit d’usinage et ce dernier est mis en rotation pendant l’usinage. Dans le cas du traitement des grains abrasifs, les grains abrasifs sont versés dans le gabarit d’usinage vibrant aux ultrasons et broyés en petites quantités.
L’oscillateur est un dispositif qui convertit l’énergie électrique en vibrations ultrasoniques et se caractérise également par le fait qu’il est équipé d’un circuit électronique qui ajuste la fréquence de fonctionnement du transducteur à la fréquence optimale, celle-ci variant en fonction de la lame et de la meule. Le transducteur se compose d’un transducteur BL qui génère des vibrations ultrasoniques, d’un pavillon fixe qui augmente l’amplitude et d’une lame qui transmet les vibrations. Les lames peuvent être utilisées de différentes manières en fonction de l’application.
Types de machines d’usinage par ultrasons
Il existe trois principaux types de machines d’usinage par ultrasons : les machines d’usinage par ultrasons de type cutter, les machines d’usinage par ultrasons pour le meulage et le polissage, et les machines d’usinage par ultrasons pour le soudage.
1. Machines d’usinage par ultrasons de type cutter
Les machines d’usinage par ultrasons de type cutter coupent les matériaux en appliquant des vibrations ultrasoniques à une lame. Elles sont utilisées dans un large éventail d’utilisations telles que l’industrie alimentaire, la découpe des matières plastiques et le traitement des équipements médicaux. Les vibrations ultrasoniques provoquent peu de soudure ou de déformation thermique du matériau, ce qui permet une coupe très précise.
2. Machines à ultrasons pour le ponçage et le polissage
Les machines à ultrasons pour le meulage et le polissage meulent et polissent les surfaces des matériaux en faisant tourner une meule tandis que les grains abrasifs sont soumis à des vibrations ultrasoniques. En faisant vibrer les grains abrasifs par incréments infimes, l’efficacité du meulage et du polissage est accrue et la rugosité de la surface est réduite. Elles sont utilisés pour le meulage et le polissage de précision dans le traitement des métaux et des céramiques.
3. Machines à souder par ultrasons
Les machines à souder par ultrasons utilisent des vibrations ultrasoniques pour souder les plastiques et les métaux. Comme aucun adhésif n’est utilisé, l’impact sur l’environnement est faible et il est possible d’obtenir une résistance plus élevée qu’avec des adhésifs. Elles sont utilisées pour l’assemblage de composants automobiles et électroniques.