ULTRASONİK İŞLEME(USİ);su içinde kalem ve iş parçası arasında bulunan aşındırıcı malzemelerin (kalemin) 20.000 d/s dolayında titreşimine bağlı olarak iş malzemesini aşındırma ilkesine dayanır.Böylece kalem şeklinin dişlisi iş parçasına işlenebilir.Sağlanan hassasiyet 0.025mm dolayındadır.0.001mm kadar da düşebilir.

            Ultrasonik işleme genellikle elektriği iletmeyen sert ve kırılgan malzemelerde (metal ya da ametal) uygulanır.Özellikle sığ ve geniş yüzeylerde ve aşırı kırılgan şekillerde (bal peteği gibi) iyi sonuç verir.Başlıca sakıncası yavaşlık ve yüksek maliyettir.

            Usi tezgahında kalem,işleme hızına bağlı olarak iş parçası içinde beslenir.Kalem ve bağlantı kalıbı,manyetik başa bağlı olarak 0.001-0.07mm genlikte ve 19.000-25.000 d/s frekansta titreşir.Aşındırıcı parçacıklarda 0.025-0.1mm dolayındaki kalem-iş parçası aralığına su içinde beslenirler.Bağlama kalıbı genellikle monel ya da paslanmaz çelikten yapılmıştır.Kalem ise düşük karbonlu ya da paslanmaz çeliktir.

            Aşındırıcı parçacıklar ve sıvı bir pompa ile devamlı yenilenir.Sıcaklık,soğutmayı sağlamak amacı ile,2-5 derece dolayında tutulur.

            İş parçası olarak,pirinç gibi yumuşak maddeler de dahil olmak üzere bütün malzemeler USİ ile işlenebilmektedir.Tablo X da bazı malzemeler için işleme hızları,en geniş işleme alanı ve kalem eskime oranları verilmiştir.

            USİ ile işlerken,iş parçası titreşimi mutlaka önlenmelidir.Küçük boyutlu işler,büyük bağlama kalıplarına tutturularak titreşim söndürülür.Paslanmaz çelik,alüminyum ve pirinç bu iş için uygun ve çok kullanılan başlıca malzemelerdir.

            İş parçasına açılmış delikler,suyun akışını kolaylaştırır.Simetrik hallerde iş parçasını döndürmek ya da ileri geri düzenli şekilde hareket ettirmek verimi arttırır.

            Kalem bağlama kalıpları titreşimi iletmeli ve çalışma frekansında rezonansa gelebilmelidir.Genellikle silindir,koni ya da eksenine göre simetrik koniye benzer şekillerde olabilir.İyi bir tasarım,titreşim genliğinde 6 ya yakın kazanç sağlar.

            USİ bağlama kalıplarının kırılması,beklenildiği gibi yorulmadan olur.Yüksek frekanslı basma ve çekme gerilmelerinde daha uzun ömür sağlamak için,bağlama kalıp yüzeyleri en iyi şekilde işlenip parlatılmalı ve dikkatlice korunmalıdır.

            USİ KALEM malzemeleri yumuşak ve aynı zamanda dayanıklı olmalıdır.Fakat çok yumuşak malzemelerde (Alüminyum,Bakır,Pirinç)kısa ömürlü olurlar.Düşük karbonlu çelik iyi bir USİ kalem malzemesidir.Paslanmaz çelik ve molibden daha iyidir.Ticari şekli ile birçok malzeme kalem olarak kullanılabilir.

            USİ kalem tasarımında ,kalemin kütle ve boyu önemlidir.Büyük bir kütle ,daha çok enerji emer ,verimi düşürür.Gereğinden uzun kalem ise gerilimi arttırır.Genellikle kalem boyları 25-30 mm civarındadır.100 mm yi geçen kalem boyları az görülür.

    USİ verimliliği titreşim genliğine ,frekansa ve aşındırıcı madde büyüklüğüne bağl
ıdır.Her uygulama için ayrı en uygun değer bulunabilir.Yüksek verimlilik için USİ kaleminin rezonans frekansta çalışması şarttır.Rezonans hali şöyle anlaşılır:

    Su içinde kavitasyon en fazla gürültüye sebep olur,

    Kalem besleme hızı en yüksek değerine ulaşır,

    Dokunma ile anlaşılır.

    USİ de işleme hızı ,diğer şartlar aynı kaldığı düşünülürse ,işleme alanı ile artar.Ancak işleme alanı genişledikçe ,sıvının devri güçleşir.Titreşim özelliklerinin işleme hızına etkisi olduğu düşünülebilir.Ancak ,aradaki ilgi çok karışıktır.Aşındırıcı maddelerden boron karbid ,en yüksek işleme hızını sağlar.İşleme hızı ,aşındırıcı madde boyutu ile ,titreşim genliğine eşit oluncaya kadar doğru orantılıdır ,bu değerden sonra ise ters orantılıdır.Sert ve kırılgan malzemeler USİ ile ,yumuşak malzemelere nazaran daha hızlı işlenirler.

            USİ de eskime oranı tablo X da bazı maddeler için verilmiştir.İşleme hızı için söylenenler eskime içinde geçerlidir..Keskin bir ilgi göstermek ise güçtür.

            USİ ile işlenmiş iş parçaları ile kalem ölçüleri arasında aşındırıcı madde boyutları kadar fark vardır(kesim fazlalığı).Ayrıca ,eskimeye bağlı olarak ta yan yüzeylerde eğim görülebilir.Bu durumda özellikle boşluk oyma işlerinde , birkaç kalem kullanmak uygun olur.Yüzey kalitesi de aşındırıcı madde boyutlarına , iş parçasına,titreşim genliğine ve sıvı devrine bağlıdır.Şekil 18 de aşındırıcı madde boyutunun yüzey kalitesine etkisi görülmektedir.

            USİ de aşındırıcı madde,işlenen malzemeden daha sert olmalıdır.Kullanılan başlıca maddeler ve özellikleri tablo.XI de özetlenmiştir.
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

NOT:     Kalem:Düşük karbonlu çelik ,

 Aşındırıcı sıvı : %30-40 boron karbid (180-240 grit)

 Titreşim : 0.025-0.040 mm genlikte ,25.000 d/s frekansta.

½ parmak çaplı kalemin lineer hızı ,(b) Uygulanabilen

en geniş işleme alanı. (c) İşlenen malzemenin hacminin ,

aşınan kalem hacmine oranı. (d) Camlı (e) Ortalama değer.

Sertlik ,kırılabilirlik ve yoğunluk ile değişir. (f) Sertleştirilmiş.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->Bunlardan B4C en iyi işleme şartlarını sağlar.Su içindeki aşındırıcı madde oranı %30-60(hacimsel) arasındadır. Büyük kalemler için alt sınırlarda çalışmak daha uygundur.İnce maddeler daha iyi yüzey kalitesi ve hassasiyet sağlar ,fakat işleme hızı azdır.Yüzeyde devamlılık sağlamak ve verimliliği arttırmak için su içindeki aşındırıcı maddelerin boyutlarının üniform olması tercih edilir.Bunun için sıvıyı sık sık değiştirmek gerekir.Sıvı aynı zamanda aşınmış malzemeyi de taşıdığından tekrar kullanılmadan dikkatlice temizlenmesi şarttır.

            USİ uygulaması ,konvansiyonel yöntemlerle imkansız ya da çok güç olan hallerde bir üstünlük sağlar.Tercihen küçük boyutlu ve özel amaçlı işlerde kullanılmalıdır.Uygulama alanına hemen hemen bütün malzeme ve iş türleri girer.

            Tipik uygulamaları şöyle sıralayabiliriz:

Basma kalıpları ,ekstrüzyon tel çekme kalıpları ,vb ,sert malzemelerden yapılan kalıp ve aletler.

Sert malzeme ya da cermet uçlu kesici kalemlerin işlenmesinde.

Optik aletler ve süs eşyaları için cam ve kuartz işlemede.

Sert ve aşırı kırılgan germanyum ve silikon USİ ile kolayca işlenebilir.

Radyo vb. elektronik aparat parçalarının imalatında.

Elmas kalıpları imalatında.

Elektrik mühendisliği ve elektronik sanayinde kullanılan seramik parçaların imalatında.

Teknik ve değerli taşların (yakut ,akik ,leucosapphire ,vb.) işlenmesi.

Aşırı kırılgan olan malzemelerin işlenmesinde (bilgisayar ve elektronik sanayinde)

Bazı özel hallerde çelik işlemede (pafta imali gibi).

 

Ultrasonik işleme, günümüzde genellikle geleneksel yöntemlerle işlenmeleri çok güç olan, çok sert ve kırılgan malzemelerin (örneğin; cam, yahut elmas, seramik, karbid v.s.) işlenmesinde yaygın olarak uygulanmaktadır.

Ultrasonik titreşimlerin sert ve kırılgan malzemelere uygulanması, işlenen malzemenin titreşim takımı ve zımpara tozlarıyla (pasta halinde, veya su yahut yağda çamurlaştınlmış halde) temasa geldiğinde hızla aşınması özelliğine dayanmaktadır. Takım, tercihan önemli bir aşınmaya neden olmayacak şekilde yüzeyine zımpara tozu yedirilmiş plastik metalden yapılır. Bu durumda, zımpara malzemesi kesme işlemini yaparken takım sadece kılavuzluk yapar. Uygun şekilde teması sağlamak için sadece titreşim ünitesinin iş parçası üzerinde hafifçe basmasına gerek vardır, iş parçası üzerindeki daha fazla basınç titreşimi söndürür ve kesme hızını düşürür.

Ultrasonik işleme yapan bir takımda örneğin takım, 16000 ~ 25000 saykıl/saniye frekans ve 0,22 ~ 0,06 mm lik amplitüd ile boyuna titreşim yapar. Takım imalat çeliğinden yapılmıştır ve bunun kesiti elde edilecek delik kesitinin aynıdır.

 

Takımın vibrasyon kaynağı bir magnetostrictive güç çeviricidir . Bu çeviricinin içerisinde,güçlü elektronik osilatörün 4 osilasyonlan (titreşimleri) mekanik titreşimler haline çevrilir. Güç çeviricinin ucunda magnetostrictive deformasyon pek fazla değildir; sadece 5 ~ 10 mikron. Amplitüd, genellikle bağlayıcı gövde, takım konileri veya takım tutucu ile2-5 defa büyütülür.

Takım, amplifikatörün dar ucuna tesbit edilmiştir. Operasyon sırasında takım sürekli olarak iş parçasına doğru beslenir. Kör delikler delirtirken, deliğin yeni zımpara malzemesiyle

dolmamasını ve kesim artıklarının atılmasını sağlamak için takım zaman zaman yukarı kaldırılmalıdır.İletken malzemelerin işlenmesinde, malzemenin büyük bir kısmını kaldırmak üzere kaba işlemenin erozyonlu işlemeyle yapılması salık verilir. Bundan sonra 6 ncı veya 7 nci sınıflardan bir yüzey kalitesi elde etmek üzere ultrasonik metotla parçanın hassas işlemesi yapılabilir.

Ultrasonik işlemede üretim (malzeme koparma); iş parçası malzemesine, titreşim takımının amplitüd ve frekansına, zımpara malzemesinin çeşidine ve tanecik büyüklüğüne, işlenen yüzeyin alanına, işlenen yüzeyin şekline, takımla iş parçası arasındaki statik basıncabağlıdır.

Mevcut ultrasonik işleme tezgahlan, 0,15 ~ 90 mm çapında delikleri 2 ~ 5 çap derinliğine kadar, karbid malzemede 0,01 mm içindeki işleme hassasiyeti içinde işleyebilirler.

Madalya, madeni para gibi nesnelerin imâlatında kullanılan karbid kalıplarının (sert metal kalıp) yapımında ultrasonik işleme verimli bir şekilde uygulanabilir. Burada titreşen takıma para veya madalyanın çevresinin şekli verilmiş olmalıdır