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admin

2017-01-16 13:00:16

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초음파가공[ultrasonic machining]

공구를 진동시켜서 단단하고 무른 재료의 표면에 충격적인 힘을 주어서 미소한 분쇄를 일으키면서 가공하는 방법. 진동에는 15～40kHz의 초음파진동이 적용되고, 공구와 공작물 사이에 물로 혼합한 숫돌입자를 개재시키면, 충격적인 힘이 부가되어 효율 좋은 공작물 표면이 파쇄된다(그림1).

가공의 진행과 함께 공구를 추종시킴으로써 공구 형상을 공작물 표면에 전사(轉寫)시킬 수 있다. 이 경우 공구는 마모가 적고 단단한 재질로 제작할 필요가 있다. 또 진동에 따라 수중에는 캐비테이션이 발생하므로, 숫돌입자의 공급이나 파쇄된 숫돌입자 또는 가공부스러기의 배출이 활발히 이루어지고 가공이 원활하게 진행한다.

초음파는 진동수가 15kHz 이상으로 소리로서 귀에 들릴 수 없는 음파를 말한다. 이 초음파를 이용한 가공이 초음파가공으로서 수정진동자나 압전세라믹스에 고주파 전압을 가함으로써 발생시킬 수 있다.

가공시에는 공구 표면에 10～40μm 정도의 진동변위를 발생시키는 것이 필요하다. 그러나 진동자의 진폭은 수μm 이하이고, 그 때문에 진동자와 공구 사이에 혼(horn)을 끼워서 진동자의 진폭을 증대시키는 것이 필요하다.

혼에는 코니컬형, 익스포넌셜형, 스텝형이 있다(그림2). 숫돌입자에는 5～150μm인 B4C, SiC, Al2O3, 다이아몬드 등이 공작물에 따라 사용되고, 가공법은 100～600kPa이다. 초음파가공은 유리나 루비, 수정, 세라믹스반도체 등의 구멍뚫기나 조각 등에 적용된다.

초음파는 각종의 가공에 부가하여 사용된다. 초음파용접은 세선(細線)이나 파이프를 용접할 때 마찰열을 생성시키고 각각을 공작물에 압접시키는 방법으로 일렉트로닉스의 리드선 등의 용접에 이용된다.

절삭에 초음파를 중첩시킨 초음파절삭은 바이트를 초음파 진동시킴으로써 경사면의 마모가 감소하는 것으로, 절삭력이 경감하고 마감면 거칠기가 향상된다.

펀칭 등에 초음파를 중첩시킨 초음파펀칭도 전단력이 저하하여 무른 재료의 펀칭이 가능하다.