În prelucrarea asistată cu vibrații ultrasonice (UV-A), vibrația ultrasonică este aplicată fie pe unealta de tăiere, fie pe piesa de prelucrat. Pentru procesele de prelucrare convenționale asistate de vibrații ultrasonice (UV-A), unealta pierde periodic contactul cu piesa de prelucrat sub combinații adecvate a vitezei de tăiere, amplitudine a vibrațiilor și frecvență a vibrațiilor (Berhl și Dow 2008). În general, aplicarea vibrațiilor ultrasonice în prelucrare poate crește viteza de tăiere și poate reduce forța de tăiere, temperatura de tăiere, uzura sculei, așchiile de tăiere și rugozitatea suprafeței (Berhl și Dow 2008).

Procesele de prelucrare UV-A includ în principal strunjirea UV-A, găurirea UV-A, șlefuirea UV-A, prelucrarea cu descărcare electrică UV-A (EDM) și prelucrarea cu fascicul laser UV-A (LBM). Această secțiune va discuta principiile de prelucrare, variabilele de intrare și caracteristicile acestor procese de prelucrare.

Strunjire asistată cu vibrații ultrasonice (UV-A).

La mașinile de strunjire UV-A, generatorul de vibrații ultrasonice este de obicei instalat în baza suportului sculei de tăiere. După cum este ilustrat în Fig. 11, piesa de prelucrat este rotită și o unealtă de tăiere cu un singur punct este introdusă longitudinal în piesa de prelucrat pentru a prelucra suprafața exterioară cilindrică (sau conică). Între timp, unealta de tăiere poate vibra în trei direcții: direcția de avans, direcția de adâncime a tăierii sau direcția de tăiere (Feng et al. 2012).

Vibrația poate fi aplicată într-o singură direcție (sistemul 1D, cel mai frecvent utilizat) sau în ambele direcții de tăiere și de avans (sistem 2D) (Brehl și Dow 2008; Babitsky și Kalshnilov 2003). Variabilele majore de intrare includ tipul sculei, viteza de rotație a piesei de prelucrat, viteza de avans, adâncimea de tăiere și amplitudinea și frecvența vibrațiilor.

În comparație cu strunjirea convențională, strunjirea UV-A poate crește prelucrabilitatea cu o gamă largă de viteze de avans, adâncime de tăiere și duritate a materialului sculei (Brehl și Dow 2008). Avantajele includ forța de așchiere redusă, durata de viață extinsă a sculei, rugozitatea și acuratețea suprafeței îmbunătățite, temperatura de tăiere scăzută, dimensiunea redusă a așchiilor de tăiere, dimensiunea bavurilor suprimată, scăderea tensiunii reziduale și întărirea prin deformare și timpul de prelucrare redus (Thoe et al. 1998).

Găurire asistată de vibrații ultrasonice (UV-A).

În găurirea UV-A, așa cum este ilustrat în Fig. 12, vibrația ultrasonică este aplicată fie pe burghiu, fie pe piesa de prelucrat. În majoritatea proceselor de găurire UV-A, traductorul ultrasonic este amplasat în suportul piesei de prelucrat, făcând piesa de prelucrat să vibreze în sus și în jos. Dacă piesa de prelucrat este prea mare sau prea grea, se preferă o unealtă vibrantă. Variabilele de intrare ale găuririi UV-A includ viteza de rotație a sculei, viteza de avans, geometria sculei, materialul sculei și amplitudinea și frecvența vibrațiilor.

În comparație cu găurirea obișnuită, găurirea UV-A are multe avantaje: forță de tăiere și cuplu reduse, acuratețe crescută a găurii, bavuri reduse pe margine, rugozitate mai mică a suprafeței găurii, uzură scăzută a sculei și MRR crescută (Xu et al. 2009).

Frezare asistată cu vibrații ultrasonice (UV-A).

Unealta de tăiere folosită la frezare este cunoscută sub numele de freză. Dinții periferici distanțați egal de pe freză se cuplează intermitent și prelucrează piesa de lucru (DeGarmo et al. 2010). În frezarea asistată cu vibrații ultrasonice (UV-A), vibrația ultrasonică conduce piesa de prelucrat pe direcția normală (verticală) sau de avans, așa cum este ilustrat în Fig. 13.

În comparație cu procesele obișnuite de frezare, frezarea UV-A duce la o rugozitate mai mică a suprafeței, o acuratețe mai mare a mașinii și o forță de tăiere mai mică (Shen et al. 2012).

Slefuire asistată de vibrații ultrasonice (UV-A).

În șlefuire, o roată de șlefuit este utilizată pentru a realiza îndepărtarea materialului prin interacțiunea granulelor abrazive cu piesa de prelucrat la viteze mari de tăiere și adâncime mică de penetrare (DeGarmo et al. 2010). În șlefuirea UV-A, vibrația ultrasonică poate fi aplicată sistemului de șlefuire (în mod normal piesei de prelucrat) în trei direcții diferite, așa cum este ilustrat în Fig. 14, direcția normală, direcția longitudinală și direcția transversală.

Vibrația cu ultrasunete poate fi aplicată nu numai în oricare dintre aceste direcții, ci și într-o combinație a două direcții (Zhao et al. 2008). Variabilele de intrare raportate includ adâncimea de tăiere a roții, viteza de rotație a roții, viteza de avans, amplitudinea și frecvența vibrațiilor, precum și variabilele sculei și ale piesei de prelucrat (Feng et al. 2012).

MRR în șlefuirea UV-A poate fi mai mare decât cele în șlefuirea convențională. Șlefuirea UV-A duce la o forță de șlefuire mai mică și la o rugozitate mai mică a suprafeței decât șlefuirea convențională.

Prelucrare cu descărcare electrică (EDM) asistată cu vibrații ultrasonice (UV-A)

După cum este ilustrat în Fig. 15, EDM utilizează o serie de descărcări de curent recurente rapid (scântei) pe un spațiu subțire dintre electrodul sculei și piesa de prelucrat pentru a obține îndepărtarea materialului prin topire și vaporizare (DeGarmo et al. 2010). Fluidul dielectric este pompat prin spațiul interelectrod și elimină așchiile și bulele în timp ce limitează scânteile (DeGarmo et al. 2010). Dar, debitul fluidului dielectric în acest gol este lent, iar îndepărtarea resturilor descărcate devine dificilă, ceea ce duce la o eficiență și o acuratețe mai scăzute de prelucrare (Tong et al. 2008). Aplicarea vibrațiilor ultrasonice în EDM este una dintre metodele utilizate pentru a îmbunătăți circulația fluidului dielectric, care poate îmbunătăți îndepărtarea resturilor.

Prelucrare cu fascicul laser asistată de vibrații ultrasonice (UV-A) (LBM)

În LBM, fasciculul laser intens se concentrează asupra piesei de prelucrat și generează temperatură ridicată într-un timp foarte scurt și taie piesa de prelucrat prin topirea și vaporizarea materialului piesei de prelucrat (Miyamoto et al. 2001). Este utilizată pe scară largă în tăierea și realizarea găurilor pe materiale tip foaie. Vibrația cu ultrasunete poate fi aplicată generatorului laser sau piesei de prelucrat în direcția perpendiculară pe fasciculul laser. Ilustrația este similară cu EDM din Fig. 15.

În comparație cu LBM convențional, LBM UV-A poate facilita eficiența prelucrării și prelucrabilitatea, poate îmbunătăți calitatea găurii prelucrate și poate reduce zona afectată de căldură (heat affected zone = HAZ) (Liu et al. 2005; Xu et al. 2009).