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Usinage abrasif par ultrasons


Usinage abrasif par ultrasons
Usinage U/S

Contact :

Jean-Jacques BOY
Site ENSMM
03 81 40 28 23
jean-jacques.boy@ens2m.fr

Site :

Atelier Pilote
Salle Usinage Micro-Sonore

Fonctionnement :

Un outil, généralement positionné suivant un axe vertical, appelé "sonotrode", reproduit en pénétrant dans la pièce à usiner sa propre forme. Ce travail est dû aux mouvements de grains d'abrasif (carbure de bore, carbure de silicium ou diamant de quelques dizaines de µm de diamètre) entraînés entre pièce et sonotrode (gap) par la vibration de celle-ci qui est excitée sur sa fréquence de résonance (20 KHz). Les particules très dures sont projetées sur la surface de la pièce et pénètrent celle-ci en provoquant une déformation suivie d'un enlèvement de matière sous forme de micro-copeaux. L'abrasif est en suspension dans de l'eau qui transmet bien les fréquences ultrasonores.

Cet usinage est particulièrement adapté aux matériaux durs et fragiles, et donc cassants, qui, comme le quartz ne supportent pas de gradients thermiques importants.

Cette usure et le travail d'enlèvement de la matière dépendent de nombreux paramètres tels que : vibration, pression statique, taille et nature du grain d'abrasif, profondeur de pénétration, nature et forme de la pièce à réaliser... Ainsi, les paramètres d'usinage sont à déterminer au cas par cas.



Spécifications :

La forme et les dimensions d'un perçage cylindrique par exemple dépendront de la manière dont nous pouvons maîtriser le gap et l'usure de la sonotrode. Néanmoins, grâce à une bonne connaissance préalable de l'action des abrasifs, nous pouvons obtenir des usinages ayant des dimensions de quelques mm à 3 ou 4µm près. Si la profondeur est trop importante, il sera nécessaire, pour maintenir une telle précision sur toute la hauteur, de prévoir plusieurs sonotrodes, la dernière, de plus gros diamètre ne travaillant que pour l'enlèvement d'une très faible épaisseur de matière, avec éventuellement un grain de diamètre plus faible pour améliorer l'état de surface (<20µm). Dans ce cas, la surface laissera apparaître des cavités dont la profondeur sera inférieure au dixième du diamètre du grain, c'est-à-dire 2µm.

Dans ces conditions, nous avons déjà pu réaliser des trous de 300µm de diamètre sur plusieurs mm de haut dans du cristal de quartz. Les perçages de 100µm de diamètre sont réalisables sur des hauteurs plus faibles (300 à 500µm), le problème, dans ce cas, étant la réalisation de l'outil.


Caractéristiques techniques des tables à micro-déplacement :

- Course : 150*150*100 (x*y*z verticale)
- Précision de positionnement : +/- 5µm

Types de matériaux usinés :

- Verre, céramique, cristaux piézoélectriques, Si
- Essais sur matériaux métalliques (base Titane par exemple) et sur des alliages métalliques amorphes (comme le Vitreloy)


Exemples de réalisation :

Pièces pour l’horlogerie. Gyroscopes et accéléromètres à sortie de fréquence.
Array PZT, Hauteur: 600µm, ø 300µm

Usinage U/S (ex1)
Usinage U/S (ex2)
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