the recent development of modern hi

7/23/2019 The Recent Development of Modern Hi

1/23

The recent development of modern hi-tech industries has given rise to the

creation of a whole range of new materials. These include high strength,

stainless and heat resistant steels and alloys, titanium, ceramics, composites,

and other nonmetallic materials. These materials may not be suitable for

traditional methods of machining due to the chipping or fracturing of the surface

layer, or even the whole component, and results in a poor product quality.

Similarly, the creation of new materials often highlights some problems

unsolvable in a framework of traditional technologies. In certain cases these

problems are caused by the construction of the object and the requirements

particular to it. s an e!ample, in microelectronics, its often necessary to connect

some components without heating them or adding any intermediate layers. This

forbids the use of traditional methods such as soldering or welding. "any of

these and similar problems can be successfully solved using ultrasonic

technologies. The #S$ %#ltrasonic $rilling "achine& uses a novel drive

mechanism to transform the ultrasonic or vibrations of the tip of a horn into a

sonic hammering of a drill bit through an intermediate free-'ying mass.

(erkembangan terbaru dari industri hi-tech modern telah melahirkan penciptaan

berbagai macam material baru. Ini termasuk kekuatan tinggi, baja tahan karat

dan panas dan paduan, titanium, keramik, komposit, dan bahan bukan logam

lainnya. )ahan-bahan ini mungkin tidak cocok untuk metode tradisional mesin

karena chipping atau patahan dari lapisan permukaan, atau bahkan seluruh

komponen, dan menghasilkan produk yang berkualitas buruk. $emikian pula,

penciptaan material baru sering menyoroti beberapa masalah terpecahkan

dalam kerangka teknologi tradisional. $alam kasus-kasus tertentu masalah ini

disebabkan oleh pembangunan objek dan persyaratan tertentu untuk itu.Sebagai contoh, dalam mikroelektronik, yang sering diperlukan untuk

menghubungkan beberapa komponen tanpa pemanasan mereka atau

menambahkan setiap lapisan menengah. Ini melarang penggunaan metode

tradisional seperti solder atau pengelasan. )anyak dari masalah ini dan sama

dapat berhasil memecahkan menggunakan teknologi ultrasonik. #S$ %#ltrasonic

$rilling "achine& menggunakan mekanisme baru berkendara untuk mengubah

ultrasonik atau getaran dari ujung tanduk menjadi palu sonic dari bor melalui

massa bebas ke menengah.

I*T+$#TI* The use of ultrasonic for machining processes of hard and brittle

materials is known since early /012s .The working process of an ultrasonic

machine is performed by subjecting its tool to a combination of two motions.

driving motion is required to shape the w3p. high frequency %ultrasonic&

vibration of speci4c direction, frequency and intensity is then superimposed.

#ltrasonic machines belong to the general class of vibration machines, but they

form a special group for the following reasons. The 4rst reason is determined by

the peculiarities in the behavior of materials and media in an ultrasonic 4eld.

mong these peculiarities is the drastic change in elastic 5 plastic characteristics

that include fragility, plasticity and viscosity. The second reason is due to the

peculiarities in the construction of major parts of the machine. The main

components are usually formed using vibrating bar systems consisting ofheterogeneous sections and using waveguides. The tool-work piece interaction


2/23

leads to a nonlinearity in the vibration system in its operating conditions. In the

following literature we have tried to consider the physical foundations of

ultrasonic processes among which we are laying focus on the ultrasonic

machining of brittle materials. The construction of the machine and its elements

depends critically on the process being performed by the tool. Therefore the

optimum parameters those are required for a speci4ed set of operations are

needed to be studied in order to produce required quality of machining within the

permissible time and resources.

(6*$7#8#* (enggunaan ultrasonik untuk proses pemesinan dari bahan

keras dan rapuh dikenal sejak /012-an .(roses kerja mesin ultrasonik dilakukan

dengan menundukkan alat untuk kombinasi dua gerakan. Sebuah gerak

mengemudi diperlukan untuk membentuk w 3 p. Sebuah frekuensi tinggi

%ultrasonik& getaran arah tertentu, frekuensi dan intensitas kemudian

ditumpangkan. "esin ultrasonik milik kelas umum mesin getaran, tetapi mereka

membentuk kelompok khusus untuk alasan berikut. lasan pertama ditentukanoleh keanehan dalam perilaku bahan dan media dalam bidang ultrasonik. $i

antara keanehan ini adalah perubahan drastis dalam elastis - karakteristik plastik

yang meliputi kerapuhan, plastisitas dan viskositas. lasan kedua adalah karena

keanehan dalam pembangunan bagian utama dari mesin. 9omponen utama

biasanya dibentuk dengan menggunakan sistem bergetar bar yang terdiri dari

bagian heterogen dan menggunakan pandu. Interaksi sepotong alat-pekerjaan

mengarah ke non-linear dalam sistem getaran dalam kondisi operasi. $alam

literatur berikut kami telah mencoba untuk mempertimbangkan dasar-dasar 4sik

proses ultrasonik antara yang kita meletakkan fokus pada mesin ultrasonik

bahan rapuh. (embangunan mesin dan unsur-unsurnya sangat bergantung padaproses yang dilakukan oleh alat. leh karena itu parameter optimum yang

dibutuhkan untuk satu set tertentu dari operasi yang diperlukan untuk dipelajari

untuk menghasilkan kualitas yang dibutuhkan dari mesin dalam waktu yang

dii:inkan dan sumber daya.

#8T+S*I (+6SS- #ltrasonic machining %#S"& is the removal of material by

the abrading action of grit-loaded liquid slurry circulating between the workpiece

and a tool vibrating perpendicular to the workface at a frequency above the

audible range. #ltrasonic machining, also known as ultrasonic impact grinding, is

a machining operation in which an abrasive slurry freely 'ows between the

workpiece and a vibrating tool. It di;ers from most other machining operations

because very little heat is produced. The tool never contacts the workpiece and

as a result the grinding pressure is rarely more, which makes this operation

perfect for machining e!tremely hard and brittle materials, such as glass,

sapphire, ruby, diamond, and ceramics.

#8T+S*I (+S6S - #ltrasonic mesin %#S"& adalah penghapusan materi oleh

aksi abrading bubur cair grit-loaded beredar antara benda kerja dan alat

bergetar tegak lurus workface pada frekuensi di atas kisaran terdengar.

#ltrasonic mesin, juga dikenal sebagai dampak ultrasonik grinding, adalah

operasi mesin di mana lumpur abrasif bebas mengalir antara benda kerja danalat bergetar. Ini berbeda dari kebanyakan operasi mesin lain karena sangat


3/23

sedikit panas yang dihasilkan. lat ini tidak pernah kontak benda kerja dan

sebagai akibat tekanan grinding jarang lebih, yang membuat operasi ini

sempurna untuk mesin yang sangat keras dan bahan rapuh, seperti kaca, sa4r,

ruby, berlian, dan keramik.

The working process of an ultrasonic machine is performed when its toolinteracts with the workpiece or the medium to be treated. The tool is subjected

to vibration in a speci4c direction, frequency and intensity. The vibration is

produced by a transducer and is transmitted to the tool using a vibration system,

often with a change in direction and amplitude. The construction of the machine

is dependent on the process being performed by its tool.

(roses kerja mesin ultrasonik dilakukan ketika alat yang berinteraksi dengan

benda kerja atau media untuk diperlakukan. lat ini dikenakan getaran dalam

arah tertentu, frekuensi dan intensitas. chip away> at the

workpiece. di benda kerja. #mumnya alat berosilasi pada frekuensi tinggi

%sekitar =2.222 cps& dalam lumpur abrasif. silasi kecepatan tinggi alat drive

butir abrasive di celah kecil dari sekitar 2,2=-2,/2 mm terhadap benda kerja.


4/23

The above 4gure schematically depicts the major components of a typical

ultrasonic machining setup. The vibration e!citer, a magnetostrictive transducer

/, is 4!ed to the body = of the acoustic head using the shoulder ? and the thin

walled cup @. The winding of the transducer is supplied with an alternating

current, at ultrasonic frequency, by the generator 1. The alternating magnetic

4eld induced by the current in the core of the transducer, which is made from

magnetostrictive material, is transformed into mechanical vibration in the core.

Its main elements are an electromagnet and a stack of nickel plates. The high

frequency power supply activates the stack of magnetostrictive material which

produces the vibratory motion of the tool. The tool amplitude of this vibration is

usually inadequate for cutting purposes, and hence the tool is connected to the

transducer by means of a concentrator which is simply a convergent wave guide

to produce the desired amplitude at the tool end. The waveguide or concentrator

A transmits this vibration to the tool B. The concentrator takes the form of a bar

with a variable cross section. It is specially designed to transmit vibration from

the transducer, to the tool, with an increase in the amplitude. The selection offrequency and amplitude is governed by practical considerations. The workpiece

/2 is placed under the tool, on a plate C, in a tray 0, within an abrasive slurry.

The body of the acoustic head is adjusted to the baseDs guides // and is

subjected to a static force ( which drives the tool in the direction necessary to

machine the workpiece.


5/23

prevent it from boiling in the gap and causing the undesirable cavitation e;ect

caused by high temperature.

)ahan magnetostrictive adalah dibra:ing ke tubuh menghubungkan logam

monel. Seorang pemegang alat removable diikat ke tubuh dan menghubungkan

terbuat dari logam monel atau stainless steel. Semua bagian ini, termasuk alat,bertindak sebagai satu tubuh elastis, transmisi getaran ke ujung alat. )ubur

abrasif disirkulasikan oleh pompa, dan memerlukan pendinginan untuk

menghilangkan panas yang dihasilkan untuk mencegah dari mendidih di dalam

celah dan menyebabkan efek kavitasi yang tidak diinginkan yang disebabkan

oleh suhu tinggi.

The tool holder transfers the vibrations and, therefore, it must have adequate

fatigue strength. Eith a good tool design, an amplitude gain of A over the stack

can be obtained.


6/23

tergantung kupon ukuran butiran abrasif. 7al ini cukup jika ukuran alat adalah

sama dengan ukuran lubang dikurangi dua kali ukuran abrasive.

a semiliquid mi!ture, typically of 4ne particles of manure, cement, or coal

suspended in water.

campuran semiliquid, biasanya partikel halus dari kotoran, semen, atau batubara

tersuspensi dalam air.

)oron carbide is by far the fastest cutting abrasive and it is quite commonly

used. luminium o!ide and silicon carbide are also employed. )oron carbide is

very costly and its about =0 times higher than that of aluminium o!ide or silicon

carbide. The abrasive is carried in a slurry of water with ?2-A2G by volume of the

abrasives. Ehen using large-area tools, the concentration is held low to avoid

circulation diFculties. The most important characteristic of the abrasive that

highly in'uences the material removal rate and surface 4nish of the machining is

the grit si:e or grain si:e of the abrasive. It has been e!perimentally determinedthat a ma!imum rate of machining is achieved when the grain si:e becomes

comparable to the tool amplitude.


7/23

The horn or concentrator is a wave-guide, which ampli4es and concentrates the

vibration to the tool from the transducer. The horn or concentrator can be of

di;erent shape like Tapered or conical 6!ponential Stepped

Tanduk atau konsentrator adalah gelombang-panduan, yang menguatkan dan

berkonsentrasi getaran untuk alat dari transduser. Tanduk atau konsentratordapat dari bentuk yang berbeda seperti Tapered atau 6!ponential kerucut

"elangkah

"achining of tapered or stepped horn is much easier as compared to the

e!ponential one.

"achining dari meruncing atau melangkah tanduk jauh lebih mudah

dibandingkan dengan yang eksponensial.

The machines have a power rating of 2.=-=.1 kE

The amplitude of vibration is of the order of 2.2/ to 2.2A mm

Hrequency varies from a lower limit of /1,222 7: %hearing range& to an upper

limit of

about =1,222 7: %imposed by the requirement of cooling of the transducer&

The transducer amplitude is limited by the strength of the magnetostrictive

material.

refrigerating cooling system is used to cool the abrasive slurry to a

temperature of

1-A2

The tool is smaller than the si:e of the cavity by a few hundredths of a

millimeter and

made of low-carbon or stainless steel to the shape of the desired cavity.

Tool si:e 7ole si:e 5 =J%Si:e of the abrasives&


8/23

Sebuah sistem pendingin pendingin digunakan untuk mendinginkan bubur

abrasif untuk suhu

1-A2

lat ini lebih kecil dari ukuran rongga oleh seratus beberapa milimeter dan

terbuat dari karbon rendah atau stainless steel dengan bentuk rongga yang

diinginkan.

ukuran lat 8ubang ukuran - = J %#kuran abrasive&

ukuran


9/23

konsentrasi Lolume kasar di air lumpur -

+asio benda kerja kekerasan terhadap alat kekerasanM N Ow 3 Ot

#S" can be applied to machine nearly all materialsM however it is not economical

to use #S" for materials of hardness less than 12 7+.


10/23

The machining of parts with pree!isting machined features or metalli:ation is

possible without a;ecting the integrity of the pree!isting features or surface

4nish of the workpiece.

#S" machined surfaces e!hibit a good surface integrity and the compressive

stress induced in the top layer enhances the fatigue strength of the workpiece.

The quality of an ultrasonic cut provides reduced stress and a lower likelihood

of fractures that might lead to device or application failure over the life of the

product.

#nlike other non-traditional processes such as laser beam, and electrical

discharge machining, etc., ultrasonic machining does not thermally damage the

workpiece or appear to introduce signi4cant levels of residual stress, which is

important for the survival of brittle materials in service.

Sejumlah hampir tak terbatas dari fitur bentuk-termasuk bulat, persegi danberbentuk aneh thru-lubang dan rongga dari berbagai kedalaman, serta $-I$

4tur-dapat mesin dengan kualitas tinggi dan konsistensi.

spek rasio setinggi =1-to-/ yang mungkin, tergantung pada jenis bahan dan

ukuran 4tur.

The mesin bagian dengan yang sudah ada sebelumnya fitur mesin atau

metalisasi mungkin tanpa mempengaruhi integritas 4tur yang sudah ada

sebelumnya atau permukaan akhir benda kerja.

#S" permukaan mesin menunjukkan integritas permukaan yang baik dantegangan tekan diinduksi di lapisan atas meningkatkan kekuatan kelelahan

benda kerja.

9ualitas pemotongan ultrasonik menyediakan stres berkurang dan

kemungkinan lebih rendah dari patah tulang yang dapat mengakibatkan

perangkat atau kegagalan aplikasi selama umur produk.

Tidak seperti proses non-tradisional lainnya seperti sinar laser, dan mesin

debit listrik, dll, mesin ultrasonik tidak termal merusak benda kerja atau muncul

untuk memperkenalkan tingkat signi4kan tegangan sisa, yang penting untuk

kelangsungan hidup bahan rapuh dalam pelayanan.

#nlike conventional machining methods, ultrasonic machining produces little

or no sub-surface damage and no heat-a;ected :one.

This machining process is nonthermal, nonchemical, and nonelectrical. It does

not change the metallurgical, chemical or physical properties of the workpiece.

Tidak seperti metode konvensional mesin, mesin ultrasonik menghasilkan

sedikit atau tidak ada kerusakan sub-permukaan dan tidak ada :ona yang

terkena panas.


11/23

proses pemesinan ini nonthermal, nonchemical, dan tanpa elektrik. Ini tidak

mengubah metalurgi, kimia atau 4sik sifat dari benda kerja.

#ltrasonic machines have a relatively low mrr. "aterial removal rates are

quite low, usually less than 12 mm?3min.

The abrasive slurry also >machines> the tool itself, thus causing high rate of

tool wear , which in turn makes it very diFcult to hold close tolerances.

The slurry may wear the wall of the machined hole as it passes back towards

the surface, which limits the accuracy, particularly for small holes.

The machining area and the depth of cut are quite restricted

mesin #ltrasonic memiliki mrr relatif rendah. Tarif removal material yang

cukup rendah, biasanya kurang dari 12 mm? 3 min.

The abrasif bubur juga >mesin> alat itu sendiri, sehingga menyebabkantingginya tingkat keausan pahat, yang pada gilirannya membuatnya sangat sulit

untuk menahan toleransi dekat.

bubur mungkin memakai dinding lubang mesin saat melintas kembali ke

permukaan, yang membatasi akurasi, terutama untuk lubang-lubang kecil.

$aerah mesin dan kedalaman potong yang cukup terbatas

#ltrasonic machining is ideal for certain kinds of materials and applications.

)rittle materials, particularly ceramics and glass, are typical candidates for

ultrasonic machining. #ltrasonic machining is capable of machining comple!,highly detailed shapes and can be machined to very close tolerances %R2.2/ mm

routinely& with properly designed machines and generators. omple! geometric

shapes and ?-$ contours can be machined with relative ease in brittle materials.

"ultiple holes, sometimes hundreds, can be drilled simultaneously into very hard

materials with great accuracy.

"esin ultrasonik sangat ideal untuk jenis tertentu dari bahan dan aplikasi. )ahan

rapuh, khususnya keramik dan kaca, adalah kandidat khas untuk mesin

ultrasonik. #ltrasonic mesin ini mampu kompleks mesin, bentuk yang sangat

rinci dan dapat mesin untuk toleransi sangat dekat %R 2,2/ mm rutin& denganmesin yang dirancang dengan baik dan generator. )entuk geometris kompleks

dan ?-$ kontur dapat mesin dengan relatif mudah di bahan rapuh. )eberapa

lubang, kadang-kadang ratusan, dapat dibor secara bersamaan menjadi bahan

yang sangat keras dengan akurasi besar.

Threading by appropriately rotating and translating the workpiece3tool.

+otary ultrasonic machining uses an abrasive surfaced tool that is rotated and

vibrated simultaneously. The combination of rotating and vibrating action of the

tool makes rotary ultrasonic machining ideal for drilling holes and performing

ultrasonic pro4le milling in ceramics and brittle engineered materials that arediFcult to machine with traditional processes.


12/23

#ltrasonic machining can be used to form and redress graphite electrodes for

electrical discharge machining. It is especially suited to the forming and

redressing of intricately shaped and detailed con4gurations requiring sharp

internal corners and e!cellent surface 4nishes.

It is particularly useful in microdrilling holes of upto 2./ mm.

Threading dengan tepat berputar dan menerjemahkan benda kerja 3 alat.

mesin ultrasonik +otary menggunakan alat muncul abrasif yang diputar dan

bergetar bersamaan. 9ombinasi berputar dan bergetar tindakan dari alat

membuat mesin ultrasonik rotary ideal untuk pengeboran lubang dan melakukan

pro4l ultrasonik penggilingan di keramik dan bahan rekayasa rapuh yang sulit

untuk mesin dengan proses tradisional.

#ltrasonic mesin dapat digunakan untuk membentuk dan memperbaiki

elektroda gra4t untuk mesin debit listrik. 7al ini terutama cocok untukmembentuk dan upaya penanganan kon4gurasi rumit berbentuk dan rinci

membutuhkan sudut internal yang tajam dan selesai permukaan yang sangat

baik.

7al ini sangat berguna dalam microdrilling lubang upto 2,/ mm.

7ard solids are invariably sti;, strength and wear resistant. n the other hand,

hard solids typically e!hibit statistically variable brittle fracture and high

sensitivity to machining damage. Ehen loaded with tensile stresses, hard solids

pass from elastic to fracture behavior and invariably fail by crack e!tension.

Thus, hard solids are usually brittle, i.e., they have small capacity to convertelastic energy into plastic deformation at room temperature %$ieter, /0C/&.

)rittle and hard solids can be classi4ed in four groups minerals, polycrystalline

ceramic aggregates %traditional and advanced&, single crystals and amorphous

glasses. "inerals are frequently used as raw materials in the production of a

large range of products such as abrasives, gemstones, metals and alloys, single

crystals synthetically produced on a commercial scale, etc. Traditional ceramics

and glasses are e!tensively used to manufacture many products currently used

in daily life. dvanced ceramics have been widely adopted as functional as well

as structural engineering materials %hiang et al. /00B&. Hunctional ceramics and

single crystals are e!tensively used in the production of electric, electronic,magnetic and optical components for high performance systems such as

transducers, resonators, actuators and sensors %Hraden, /00A&. The past

twodecades have seen a tremendous resurgence in the use of advanced

ceramics in structural applications such as roller and sliding bearings, adiabatic

diesel engines, cutting tools, etc. onventional forming and sintering processes

of ceramic powders do not necessarily give the high dimensional accuracy and

the good surface quality required for functional and structural components. Thus,

precision machining technologies have been developed for the manufacture of

cost-e;ective and quality-assured precision parts produced by brittle and hard

solids.


13/23

#ltrasonic machining o;ers a solution to the e!panding need for machining

brittle materials such as single crystals, glasses and polycrystalline ceramics,

and for increasing comple! operations to provide intricate shapes and workpiece

pro4les. This machining process is non-thermal, non-chemical, creates no change

in the microstructure, chemical or physical properties of the workpiece and o;ers

virtually stress-free machined surfaces. It is therefore used e!tensively in

manufacturing hard and brittle materials that are diFcult to cut by other

conventional methods. The actual cutting is performed either by abrasive

particles suspended in a 'uid, or by a rotating diamond-plated tool. These

variants are known respectively as stationary ultrasonic machining and rotary

ultrasonic machining %+#"&.

9eras padatan yang selalu kaku, kekuatan dan tahan aus. $i sisi lain, padatan

keras biasanya menunjukkan patah getas variabel statistik dan sensitivitas tinggi

terhadap kerusakan mesin. 9etika sarat dengan tegangan tarik, padatan keras

lewat dari elastis untuk patah perilaku dan selalu gagal dengan ekstensi retak.$engan demikian, padatan keras biasanya rapuh, yaitu, mereka memiliki

kapasitas kecil untuk mengubah energi elastis ke deformasi plastik pada suhu

kamar %$ieter, /0C/&. (adatan rapuh dan keras dapat diklasi4kasikan dalam

empat kelompok mineral, polycrystalline agregat keramik %tradisional dan maju&,

kristal tunggal dan gelas amorf. "ineral yang sering digunakan sebagai bahan

baku dalam produksi berbagai macam produk seperti abrasive, batu permata,

logam dan paduan, kristal tunggal sintetis diproduksi pada skala komersial, dll

keramik tradisional dan gelas banyak digunakan untuk memproduksi banyak

produk yang saat ini digunakan dalam kehidupan sehari-hari. "aju keramik telah

diadopsi secara luas sebagai fungsional serta bahan rekayasa struktural %hianget al. /00B&. 9eramik fungsional dan kristal tunggal secara luas digunakan dalam

produksi komponen listrik, elektronik, magnetik dan optik untuk sistem kinerja

tinggi seperti transduser, resonator, aktuator dan sensor %Hraden, /00A&. The

twodecades terakhir telah melihat kebangkitan yang luar biasa dalam

penggunaan keramik maju dalam aplikasi struktural seperti rol dan geser

bantalan, mesin diesel adiabatik, alat pemotong, dll membentuk 9onvensional

dan proses sintering serbuk keramik tidak selalu memberikan akurasi dimensi

tinggi dan kualitas permukaan yang baik diperlukan untuk komponen fungsional

dan struktural. $engan demikian, teknologi mesin presisi telah dikembangkan

untuk pembuatan hemat biaya dan bagian presisi kualitas terjamin yang

diproduksi oleh padatan rapuh dan keras. "esin ultrasonik menawarkan solusi

untuk kebutuhan memperluas untuk mesin bahan rapuh seperti kristal tunggal,

gelas dan keramik polikristalin, dan untuk meningkatkan operasi kompleks untuk

memberikan bentuk yang rumit dan pro4l benda kerja. (roses pemesinan ini

adalah non-termal, non-kimia, tidak menciptakan perubahan mikrostruktur, kimia

atau sifat 4sik benda kerja dan menawarkan permukaan mesin hampir bebas

stres. leh karena itu digunakan secara luas dalam pembuatan keras dan bahan

rapuh yang sulit untuk memotong dengan metode konvensional lainnya.

(emotongan yang sebenarnya dilakukan baik oleh partikel abrasif tersuspensi

dalam cairan, atau dengan alat-berlian berlapis berputar. Larian ini masing-


14/23

masing dikenal sebagai mesin ultrasonik stasioner dan mesin ultrasonik rotary

%+#"&.

+otary ultrasonic machining %+#"& is a hybrid machining process that combines

the material removal mechanisms of diamond grinding with ultrasonic machining

%#S"&, resulting in higher material removal rates %"++& than those obtained byeither diamond grinding or #S" alone. 6!periments with calcium aluminum

silicate and magnesia-stabili:ed :irconia have shown that the "++ obtained with

+#" is si! to /2 times higher than that of a conventional grinding process under

similar conditions, and it is about /2 times faster than #S". It is also easier to

drill deep holes with +#" than with #S", and the hole accuracy is improved.

ther advantages of this process include a superior surface 4nish and low tool

pressure.

"esin ultrasonik rotary %+#"& adalah proses pemesinan hybrid yang

menggabungkan mekanisme penghapusan materi berlian grinding dengan mesin

ultrasonik %#S"&, sehingga tingkat removal material lebih tinggi %"++& dari yang

diperoleh oleh salah satu penggilingan berlian atau #S" sendiri. (ercobaan

dengan kalsium aluminium silikat dan magnesium-:irkonia stabil telah

menunjukkan bahwa "++ diperoleh dengan +#" adalah enam sampai /2 kali

lebih tinggi dari proses penggilingan konvensional bawah kondisi yang sama, dan

itu adalah sekitar /2 kali lebih cepat dari #S". 7al ini juga lebih mudah untuk

mengebor lubang yang dalam dengan +#" daripada dengan #S", dan akurasi

lubang ditingkatkan. 9euntungan lain dari proses ini mencakup permukaan akhir

unggul dan tekanan alat rendah.

Stationary %or conventional& ultrasonic machining %#S"& accomplishes theremoval of material by the abrading action of a grit-loaded slurry, circulating

between the workpiece and a tool that is vibrated at small amplitude. The form

tool itself does not abrade the workpieceM the vibrating tool e!cites the abrasive

grains in the 'ushing 'uid, causing them to gently and uniformly wear away the

material, leaving a precise reverse form of the tool shape. The uniformity of the

sonotrode-tool vibration limits the process to forming small shapes typically

under /22 mm in diameter.

Stasioner %atau konvensional& mesin ultrasonik %#S"& menyelesaikan

penghapusan materi oleh aksi abrading dari bubur grit-loaded, beredar antarabenda kerja dan alat yang bergetar di amplitudo kecil. )entuk alat itu sendiri

tidak mengikis benda kerjaM alat bergetar menggairahkan butiran abrasif dalam

cairan kemerahan, menyebabkan mereka untuk lembut dan seragam memakai

pergi materi, meninggalkan bentuk terbalik tepat dari bentuk alat. 9eseragaman

sonotrode-alat getaran membatasi proses untuk membentuk bentuk kecil

biasanya di bawah /22 mm.

The #S" system includes the sonotrode-toll assembly, the generator, the grit

system and the operator controls. schematic representation of the #S" set-up

is shown in Hig. The sonotrodetool assembly consists of a transducer, a booster

and a sonotrode. The electronic generator powers the transducer, creatingimpulses that occur at a range of /0.1 to =2.1 k7:, and automatically adjusts the


15/23

output frequency to mach the resonant frequency of the tool, which varies

according to the sonotrode shape and material. The transducer converts the

electrical pulses into vertical stroke. This vertical stroke is transferred to the

booster, which may amplify or suppress the stroke amount. The modi4ed stroke

is then relayed to the sonotrode-tool assembly. The amplitude along the face of

the tool typically falls in a =2

Sistem #S" meliputi perakitan sonotrode pulsa, generator, sistem grit dan

kontrol operator. Sebuah representasi skematis dari #S" set-up yang ditunjukkan

pada


16/23

abrasive slurry and chemical action associated with the 'uid employed have

been reported as minor material removal mechanisms. "aterial removal rate,

surface 4nish and machining accuracy are in'uenced by various operational

parameters such as amplitude and frequency of ultrasonic oscillations, static

load applied on the sonotrode, tool design, hardness and si:e of abrasive

particles.

$ari sudut pandang tribological, #S" dapat diklasi4kasikan sebagai keausan tiga

tubuh. )ahan penghapusan terjamin oleh palu langsung dan tindakan dampak

dari partikel abrasif terhadap permukaan benda kerja %Shawn, /01AM 9ainth et al,

/0B0.&. Soundararajan dan +adhakrishnan %/0CA& menunjukkan bahwa palu

langsung dari partikel abrasif pada benda kerja dengan alat, sehingga removal

material dan partikel menghancurkan, mungkin berkontribusi hingga C2G dari

penghapusan saham di padatan rapuh seperti kaca. 6fek kavitasi dari bubur dan

kimia tindakan kasar yang berhubungan dengan cairan yang digunakan telah

dilaporkan sebagai mekanisme removal material ringan. Tingkat removalmaterial, permukaan akhir dan akurasi mesin dipengaruhi oleh berbagai

parameter operasional seperti amplitudo dan frekuensi osilasi ultrasonik, beban

statis diterapkan pada sonotrode, desain alat, kekerasan dan ukuran partikel

abrasif.

#nlike applications in medicine, inspection and parts cleaning where ultrasonic

%high frequency sound& waves are applied directly, ultrasonic machining is a

metalcutting process that is facilitated by ultrasonic technology. The result is a

system that can machine brittle materials such as ceramics, glass, silicon,

graphite, composite materials and precious stones. Increasingly, workpieces

made from these >advanced materials> are being speci4ed in the medical,

automotive, aerospace and optics industries. It is the properties of these

materialsQlow weight, chemical and thermal stability and wear resistanceQthat

make them attractive for design engineers. )ut the very properties that make

the composition of these materials attractive for selected applications make

them a bear to machine with conventional metal cutting processes. 6ngineered

ceramic materials e!hibit a host of very attractive properties for todayDs

scientists, design engineers and +K$ engineers. (roperties of interest include

high hardness, high thermal resistance, chemical inertness, tailored electrical

conductivity, high strength-to-weight ratio and longer life e!pectancy. #ltrasonic

machining %#S"& is of particular interest in the machining of both conductive and

non-conductive, brittle, complicated shape materials such as diamonds, titanium

and engineering ceramics. +upinder and spinwall /,=U introduced a review for

the fundamental principles of steady-state ultrasonic machining. The material

removal mechanisms involved the e;ects of operating parameters on material

removal rate, tool wear rate, and work piece surface 4nish of titanium and its

alloys for application in manufacturing industry. Inventions been done that

relates primarily to ultrasonic machining which involves vibrating the part to be

machined rather than a tool of the machine. To impart vibrations to the part to

be machined it is secured to a metallic part for transmitting vibrations which is in

turn connected to a transducer for converting electrical oscillations intomechanical vibrations. n abrasive is supplied to the space between the opposed


17/23

operative faces of the tool and the part to be machined. The invention also

relates to an installation for carrying out the method which includes a machining

enclosure and a recycling assembly for recycling the abrasive liquid mi!ture

which is used during the process. new method for micro ultrasonic machining

%"#S"& has been developed. In order to obtain high-precision tool rotation, the

spindle mechanism employed in micro-6$" machines was introduced. Since the

mechanism does not allow the vibration of tools, the workpiece was vibrated

during machining. This setup has been successfully used in machining micro

holes as small as 1pm in diameter in quart: glass and silicon. In this machining

range, high tool wear posed a problem. To solve this problem, a sintered diamond

%S$& tool was tested and was proven to be e;ective.

Tidak seperti aplikasi dalam pengobatan, inspeksi dan bagian pembersihan di

mana ultrasonik %suara frekuensi tinggi& gelombang diterapkan langsung, mesin

ultrasonik adalah proses metalcutting yang difasilitasi oleh teknologi ultrasonik.

7asilnya adalah sebuah sistem yang dapat mesin bahan rapuh seperti keramik,kaca, silikon, gra4t, bahan komposit dan batu mulia. Semakin, benda kerja yang

terbuat dari ini >bahan canggih> sedang ditentukan dalam medis, otomotif,

aerospace dan optik industri. Ini adalah sifat dari bahan-bahan rendah berat,

kimia dan stabilitas termal dan ketahanan aus-yang membuat mereka menarik

untuk insinyur desain. Tapi sangat sifat yang membuat komposisi bahan-bahan

yang menarik untuk aplikasi yang dipilih membuat mereka beruang untuk mesin

dengan proses pemotongan logam konvensional. )ahan keramik rekayasa

menunjukkan sejumlah sifat yang sangat menarik bagi para ilmuwan hari ini,

insinyur desain dan insinyur + K $. Sifat yang menarik termasuk kekerasan

tinggi, tahan panas tinggi, inertness kimia, disesuaikan konduktivitas listrik,tinggi rasio kekuatan-ke-berat dan harapan hidup lebih lama. "esin ultrasonik

%#S"& adalah kepentingan tertentu dalam mesin baik konduktif dan non-

konduktif, rapuh, bahan bentuk rumit seperti berlian, titanium dan keramik

rekayasa. +upinder dan spinwall /,=U memperkenalkan review untuk prinsip-

prinsip dasar mapan mesin ultrasonik. "ekanisme removal material yang terlibat

efek parameter operasi pada tingkat materi penghapusan, laju keausan alat, dan

benda kerja permukaan akhir dari titanium dan paduannya untuk aplikasi di

industri manufaktur. (enemuan telah dilakukan yang berhubungan terutama

untuk mesin ultrasonik yang melibatkan bergetar bagian yang akan mesin

daripada alat mesin. #ntuk memberikan getaran untuk bagian yang akan mesin

itu dijamin untuk bagian logam untuk transmisi getaran yang pada gilirannya

terhubung ke transducer untuk mengubah osilasi listrik menjadi getaran

mekanis. brasif dipasok ke ruang antara wajah operasi menentang alat dan

bagian yang akan mesin. (enemuan ini juga berhubungan dengan instalasi untuk

melaksanakan metode yang meliputi kandang mesin dan perakitan daur ulang

untuk daur ulang campuran cairan abrasif yang digunakan selama proses.

Sebuah metode baru untuk mikro mesin ultrasonik %"#S"& telah dikembangkan.

#ntuk mendapatkan alat presisi tinggi rotasi, mekanisme spindle yang digunakan

dalam mesin mikro-6$" diperkenalkan. Sejak mekanisme tidak memungkinkan

getaran alat, benda kerja digetarkan selama mesin. (engaturan ini telah berhasil

digunakan di lubang mikro mesin sekecil 2122 diameter dalam gelas kuarsa dan


18/23

silikon. $alam rentang mesin ini, alat aus yang tinggi menimbulkan masalah.

#ntuk mengatasi masalah ini, berlian sintered %S$& alat diuji dan terbukti efektif.

The basic mechanical structure of an #S" is very similar to a drill press.

7owever, it has

additional features to carry out #S" of brittle work material. The workpiece is

mounted on

a plate where it is clamped to the plate by the help of two side plates that can be

secured by

allen bolts. The plate is situated inside a basin that has a supply for the abrasive

slurry and a

drainage that clears completes the circulation of the slurry into the slurry tank

below. The

table or the plate where the workpiece is 4!ed is 4!ed and cannot be moved.

7owever the

Struktur mekanik dasar dari #S" sangat mirip dengan bor tekan. *amun, ia

memiliki

4tur tambahan untuk melaksanakan #S" bahan kerja rapuh. )enda kerja

dipasang pada

piring di mana ia dijepit ke piring dengan bantuan dua sisi piring yang dapat

dijamin dengan

allen baut. (iring ini terletak di dalam baskom yang memiliki pasokan untuk

bubur abrasif dan

drainase yang membersihkan melengkapi sirkulasi bubur ke dalam tangki bubur

bawah. The

meja atau piring di mana benda kerja adalah tetap adalah tetap dan tidak dapat

dipindahkan. *amun

tool holder along with the cabinet that holds the transducer can be manuallylowered or raised to accommodate workpieces of di;erent si:es. The typical

elements of an #S" are %Hig. ?./& Slurry delivery and return system Heed

mechanism to provide a downward feed force on the tool during machining The

transducer, which generates the ultrasonic vibration The horn or concentrator,

which mechanically ampli4es the vibration to the required amplitude of /1 5 12

m and accommodates the tool at its tip. 7"I-7uman omputer InterfaceM that

displays the several options and modes of operations. mplitude regulating

power system to control the generator for the amplitude.

alat pemegang bersama dengan kabinet yang memegang transduser dapat

diturunkan atau dinaikkan untuk mengakomodasi benda kerja dengan ukuran

yang berbeda secara manual. #nsur-unsur khas dari #S" adalah %


19/23

(engiriman bubur dan sistem kembali (akan mekanisme untuk memberikan

kekuatan umpan ke bawah pada alat selama permesinan yang transduser, yang

menghasilkan getaran ultrasonik yang tanduk atau konsentrator, yang mekanis

menguatkan getaran ke diperlukan amplitudo /1-12 mm dan menampung alat di

ujungnya. omputer Interface 7"I-"anusiaM yang menampilkan beberapa pilihan

dan mode operasi. "engatur sistem tenaga amplitudo untuk mengendalikan

generator untuk amplitudo.

The unit shown above is required to change and regulate the parameters like

frequency and amplitude of the #S". long with that it also monitors the

powerload of the machine while the machining process. s it shows above there

is an option for tuning the concentrator in two frequencies that are =2 k7: and

?A k7:. The amplitude can be varied from B2 G to a /22G of the total

permissible amplitude. The rightmost panel shows the power load on the

#nit yang ditunjukkan di atas diperlukan untuk mengubah dan mengatur

parameter seperti frekuensi dan amplitudo dari #S". Seiring dengan itu juga

memantau powerload dari mesin sedangkan proses pemesinan. 9arena

menunjukkan di atas ada pilihan untuk tuning konsentrator di dua frekuensi yang

=2 k7: dan ?A k7:. mplitudo dapat bervariasi dari B2G sampai /22G dari total

amplitudo yang diijinkan. (anel paling kanan menunjukkan beban daya pada

machine that varies from 2G to /22G of the total power capacity. s is shown in

the above 4gure the machine has power wattage of ?222E. T+*S$#6+ *$

*6*T+T+ with T8 78$6+ *$ T8

mesin yang bervariasi dari 2G sampai /22G dari kapasitas total daya. Sepertiterlihat pada gambar di atas mesin memiliki kekuatan watt ?222E. T+*S$#6+

$* konsentrator dengan 8T (6"6


20/23

pendingin ditempatkan dekat transduser untuk mencegah pemanasan yang

berlebihan dengan menyediakan udara bertekanan sekitar kabinet transduser.

Some initial problems were faced in the circulation system, caused due to the

entrance of the chips from the workpiece into the slurry tank through the

drainage system, connected to the basin that houses the workpiece table orplate. The above problem was taken care of by adjusting the pipe from the basin

to the tank and fastening a net of hole si:e of about =mm to the delivery pipe of

the tank. The slurry was then 4ltered and replaced in the tank for usage. 7"I-

7#"* "(#T6+ I*T6+H6 s the name suggests the 7"I is the interface for

operations on the ultrasonic machine. It has got a graphics user interface that

displays the various options and modes that carry out and tweak the operations

on the machine.

)eberapa masalah awal yang dihadapi dalam sistem sirkulasi, disebabkan

karena pintu masuk chip dari benda kerja ke dalam tangki bubur melalui sistem

drainase, terhubung ke lembah yang rumah meja benda kerja atau piring.

"asalah di atas adalah diurus dengan menyesuaikan pipa dari cekungan ke

tangki dan mengencangkan jaring ukuran lubang sekitar =mm ke pipa

pengiriman tangki. )ubur kemudian disaring dan diganti dalam tangki untuk

penggunaan. 7"I-"*#SI "(#T6+ I*T6+H6 Seperti namanya 7"I adalah

antarmuka untuk operasi pada mesin ultrasonik. Ini telah mendapat antarmuka

pengguna gra4s yang menampilkan berbagai pilihan dan mode yang

melaksanakan dan men-tweak operasi pada mesin.

?.= (6+TI* H "7I*6 )asically the machine is designed to drill into

ceramic or glass plate. The machine employs a (anasonic make c servo motor%"odel "S"2@=(/


21/23

The workpiece is selected and weighed before fi!ing it to the table with the

help of plates and allen screws.

The compressor motor is turned on to collect the air for the cooling of the

transducer.

The machine is started in the manual mode and operated on the workpiece for

one minute with varying amplitudes. The results found are tabulated in the

following table.

lat ini melekat transduser melalui konsentrator yang bertindak sebagai

panduan gelombang untuk menghasilkan amplitudo yang diinginkan pada alat

akhir. "encapai amplitudo maksimum alat getaran diperlukan untuk proses

ultrasonik untuk menjadi efektif. #ntuk alasan ini sistem getaran disesuaikan

untuk beroperasi dalam jangkauan resonan. Sistem ini bersemangat padafrekuensi yang bertepatan dengan salah satu frekuensi resonansi nya.

(enyesuaian parameter sistem biasanya dibuat dalam kondisi siagaM diasumsikan

bahwa pengaruh beban yang bekerja pada frekuensi resonansi dari sistem

diabaikan.

Sistem bergetar dengan demikian telah diatur untuk frekuensi =2 k7:.

bubur dibersihkan dari segala jenis kotoran dan dimasukkan ke dalam tangki

bubur bersama dengan air. ampuran disiapkan sedemikian rupa sehingga kita

mendapatkan konsentrasi =2G volume dari abrasif.

benda kerja yang dipilih dan ditimbang sebelum memperbaikinya ke meja

dengan bantuan piring dan allen sekrup.

The motor kompresor dihidupkan untuk mengumpulkan udara untuk

pendinginan transduser.

"esin ini dimulai pada mode manual dan dioperasikan pada benda kerja

selama satu menit dengan berbagai amplitudo. 7asil yang ditemukan

ditabulasikan dalam tabel berikut.

Hrom the plotted graph we can see that the results are highly erratic whereas

actual practice the "++ should be increasing with the increase in the amplitude

for a given set of other constant parameters. The workpiece 4nally cracked after

taking A readings. Ee can also see a certain degree of tool vibration. The

vibration was found to be of the order of /.20 mm.

$ari gra4k diplot kita dapat melihat bahwa hasilnya sangat tidak menentu

sedangkan praktek yang sebenarnya "++ harus meningkat dengan peningkatan

amplitudo untuk satu set parameter konstan lainnya. )enda kerja akhirnya retak

setelah mengambil A bacaan. 9ita juga dapat melihat tingkat tertentu alatgetaran.


22/23

$IS#SSI* The following may be the reasons for the above inconsistent

readings The ceramic tiles used were not having an even surface and contained

ridges. Ehen the tool landed on those ridges, the surface area of impact was less

and therefore the material removal was much lower. $uring the machining

process the e!tremely high impact load produced by the tool caused the chips to

break away from the periphery of the workpiece that were in contact with the

worktable. This further reduces the 4nal weight of the workpiece that a;ects the

reading for the material removed.

(6")7S* berikut mungkin alasan untuk pembacaan yang tidak konsisten di

atas ubin keramik yang digunakan tidak memiliki bahkan permukaan dan berisi

pegunungan. 9etika alat ini mendarat di pegunungan tersebut, luas permukaan

dampak kurang dan karena itu penghapusan materi itu jauh lebih rendah.

Selama proses pemesinan beban dampak yang sangat tinggi yang dihasilkan

oleh alat menyebabkan chip untuk melepaskan diri dari pinggiran benda kerja

yang kontak dengan meja kerja. 7al ini semakin mengurangi berat akhir daribenda kerja yang mempengaruhi bacaan untuk bahan dihapus.

@.= S#


23/23

that care has to be taken to treat the w3p before machining for accurate readings

and the slurry tank must be cleaned along with the slurry to keep it free from

impurities that may jam the slurry circulation system. The overall ultrasonic

machining process is studied and an e;ort is made to carry out rigorous

e!periments in order to reach at the optimal values that could result in the

required improvement in machining characteristics mandatory for smooth

operation of the setup and satisfactory results.

@.? 96SI"(#8* $alam literatur di atas upaya telah dilakukan untuk

membiasakan dengan layout dasar umum pengaturan #ltrasonic "achining,

berbagai elemen yang membentuk keseluruhan membangun, dan parameter

dasar yang karakteristik mesin tergantung. (ercobaan #S" awal dilakukan

menunjukkan berbagai daerah perbaikan di setup eksperimental. Tidak adanya

kekuatan pakan alat pengukur dan kebutuhan untuk menyempurnakan sistem

bergetar aturan keluar kemungkinan setiap percobaan lebih lanjut terhadap

mereka. 9onsentrasi lumpur dapat bervariasi untuk mengetahui efek padaparameter. )ahan yang berbeda dapat digunakan untuk diberikan abrasif dari

berbagai ukuran untuk mengetahui pilihan terbaik untuk mesin benda kerja yang

diberikan. 6fek dari frekuensi getaran alat, alat amplitudo getaran dan kekuatan

umpan bersama dengan parameter proses lainnya dalam metode #S" dipelajari

secara teoritis. Puga diamati bahwa perawatan harus diambil untuk mengobati

w 3 p sebelum mesin untuk pembacaan yang akurat dan tangki bubur harus

dibersihkan bersama dengan bubur untuk tetap bebas dari kotoran yang

mungkin selai sistem sirkulasi lumpur. 9eseluruhan proses pemesinan ultrasonik

dipelajari dan upaya dilakukan untuk melakukan eksperimen yang ketat untuk

mencapai pada nilai-nilai optimal yang dapat mengakibatkan peningkatan yangdiperlukan dalam karakteristik mesin wajib bagi kelancaran setup dan hasil yang

memuaskan.

the recent development of modern hi

Documents