سیستم ماشینکاری فراصوتی
دستگاههای USM موجود توانی بین 40W تا 2400W دارند و از قسمتهایی مانند سیستم تغذیه، مبدل انرژی، ابزارگیر، ابزار و سایندهها تشکیل شدهاند.
یک ژنراتور موج سینوسی با توان بالا، توان الکتریکی با بسامد پایین (60Hz) را به توان الکتریکی با بسامد بالا (~20KHz) تبدیل میکند. این سیگنال الکتریکی با بسامد بالا به یک مبدل انرژی فرستاده میشود که این مبدل سیگنال را به ارتعاشی با دامنه کم و بسامد بالا تبدیل میکند. به طور کلی مبدل انرژی الکتریکی را به ارتعاش مکانیکی تبدیل میکند.
دو نوع مبدل در USM مورد استفاده قرار میگیرد: نوع پیزوالکتریکی و یا نوع تغییر طول در اثر میدان مغناطیسی. بلورهای پیزوالکتریک (مانند کوارتز) به هنگام فشرده شدن جریان الکتریکی کمی تولید میکنند. همچنین زمانی که از یک بلور جریان الکتریکی گذرانده شود بلور منبسط شده و با برداشتن جریان بلور به اندازه اصلی خود بازمیگردد. این اثر با عنوان اثر پیزوالکتریک شناخته میشود این مبدلها دارای توانی با ظرفیت 900W میباشد.
طول مبدل تغییر طول در اثر میدان مغناطیسی نیز به هنگام قرار گرفتن در معرض یک میدان مغناطیسی قوی تغییر میکند. این مبدلها از ورقههای نیکل و یا آلیاژهای آن ساخته شدهاند. راندمان تبدیل این مبدلها (35%-20%) بسیار کمتر از راندمان تبدیل مبدلهای پیزوالکتریک تا (95%) است. بنابراین خنک کردن آنها برای از بین بردن حرارت تلف شده ضروری است. این نوع مبدلها توانی با ظرفیت تا KW 2.4 دارند. بیشترین تغییر طول (یا دامنه ارتعاش) قابل حصول با این مبدلها نیز 25µm میباشد.
ابزارگیر ابزار را نگه میدارد و به مبدل متصل میکند. ابزارگیر در واقع انرژی را منتقل کرده و در بعضی موارد دامنه ارتعاش را نیز تقویت میکند. بنابراین جنس ابزار باید خواص صوتی خوب و مقاومت به ترک خستگی بالایی داشته باشد. برای جلوگیری از جوشکاری فراصوتی بین مبدل و ابزارگیر باید اقدامات لازم انجام گیرد به عنوان مثال میتوان آنها را توسط پیچها با انطباق آزاد به یکدیگر متصل نمود.
مواد استفاده شده برای ابزارگیر معمولا از جنس مونل تیتانیوم و فولادهای زنگنزن میباشد. از مونل به دلیل دارا بودن خواص لحیمکاری و صوتی خوب معمولا برای کاربردهای با دامنه کم استفاده میشود، در کاربردهای با دامنه زیاد جنس ابزارگیر باید استحکام خستگی خوبی داشته باشد. علاوه بر این ابزارگیر ممکن است به صورت تقویتکننده و یا غیرتقویتکننده باشد.
ابزارگیرهای غیرتقویتکننده دارای سطح مقطح گرد هستند و دامنه یکسانی را در دو انتهای ورودی و خروجی میدهند. ابزارگیرهای تقویتکننده حرکت ابزار را تا حدود 6 برابر افزایش داده که این مقدار افزایش با اعمال کشش و رها کردن ابزارگیر به دست میآید. این نوع ابزارگیر نرخ برداشت مادهای (MRR) در حدود 10 برابر بیشتر از ابزارگیر غیرتقویتکننده ایجاد میکند. ابزارگیرهای تقویتکننده گرانتر بوده نیاز به هزینه عملیاتی بیشتری داشته و نیز کیفیت سطح نامطلوبتری را ایجاد میکند.