ابداع يك هورن التراسونيك جديد در فرآيند تراشكاري به كمك ارتعاشات التراسونيك سه بعدي

Invention of a New Ultrasonic Horn in 3D Ultrasonic Vibration Assisted Turning

از زمان ابداع فرآيند تراشكاري به كمك ارتعاشات التراسونيك، اين فرآيند به صورت گسترده مورد توجه و بررسي قرار گرفته است. دليل اين توجه ويژگي هاي منحصر به فرد اين فرآيند شامل كاهش نيروهاي ماشين كاري، كاهش سايش و اصطكاك، افزايش عمر ابزار، ايجاد شرايط برشي متناوب، افزايش قابليت ماشين كاري مواد سخت برش، افزايش كيفيت سطح، ايجاد ساختار سلسله مراتبي (ميكروني- نانويي) روي سطوح و غيره است. تاكنون روش هاي مختلفي براي اعمال ارتعاشات التراسونيك به نوك ابزار حين فرآيند تراشكاري به كار گرفته شده است. در اين پژوهش يك هورن منحصر به فرد به منظور تبديل ارتعاش خطي پيزوالكتريك ها به ارتعاش سه بعدي (ارتعاش طولي در راستاي محور z، ارتعاش خمشي حول محور x و ارتعاش خمشي حول محور y) طراحي و ساخته شده است. امتياز اين ابزار ماشين كاري التراسونيك نسبت به ابزارهاي مشابه، آن است كه در اكثر ابزارهاي ديگر تنها امكان اعمال ارتعاشات يك بعدي (خطي) و دوبعدي (بيضوي) وجود دارد؛ در حالي كه در اين ابزار ارتعاشات سه بعدي توليد مي شود. به علاوه از آنجا كه ماهيت منحصر به فرد هورن طراحي شده باعث ايجاد ارتعاشات سه بعدي مي شود، ديگر نيازي به نيم حلقه هاي پيزوالكتريك (كه با اختلاف فاز 180 تحريك مي شوند)، براي ايجاد ارتعاشات خمشي حول محورهاي x و y نيست. كاهش هزينه ها و همچنين سادگي اعمال ارتعاشات سه بعدي در اين روش جديد مي تواند نقش مهمي را در جهت صنعتي شدن فرآيند تراشكاري به كمك ارتعاشات التراسونيك سه بعدي ايفا كند.

Since the invention of ultrasonic vibration assisted turning, this process has been widely considered and investigated. The reason for this consideration is the unique features of this process, which include reducing machining forces, reducing wear, and friction, increasing the tool life, creating periodic cutting conditions, increasing the machinability of difficult-to-cut material, increasing the surface quality, creating a hierarchical structure (micro-nano textures) on the surface and so on. Different methods have hitherto been used to apply ultrasonic vibration to the tip of the tool during the turning process. In this research, a unique horn has been designed and constructed to convert linear vibrations of piezoelectrics to threedimensional vibrations (longitudinal vibrations along the z axis, bending vibrations around the x axis, and bending vibrations around the y axis). The advantage of this ultrasonic machining tool compared with other similar tools is that in most other tools, it is only possible to apply one-dimensional (linear) and two-dimensional (elliptical) vibrations, while this tool can create three-dimensional vibrations. Additionally, since the nature of the designed horn can lead to the creation of three-dimensional vibrations, there is no need for piezoelectric half-rings (which are stimulated by 180 phase difference) to create bending vibrations around the x and y axes. The reduction of costs as well as simplicity of applying three-dimensional vibrations in this new method can play an important role in industrializing the process of three-dimensional ultrasonic vibration assisted turning.