بررسي سمت و سوي كاربرد ارتعاشات توان بالاي فراصوت در فرآيندهاي شكل‌دهي فلزات

A Roadmap for Application of High Power Ultrasonic Vibrations in Metal Forming

شكل‌دهي فلزات يكي از روش‌هاي سنتي ساخت قطعات مي‌باشد كه در آن ماده به شكل ساده با تغييرشكل پلاستيك به صورت قطعات صنعتي در مي‌آيد. كاهش نيروهاي شكل‌دهي و دستيابي به قطعات با كيفيت بهتر هميشه يكي از اهداف مورد نظر محققان و صنعتگران بوده است. به منظور نيل به اين هدف، در كنار روش‌هاي سنتي مانند افزايش دماي قطعه، روش‌هاي نوين نظير اعمال ارتعاشات توان بالاي فراصوت نيز به كمك آمده‌اند. در اين روش ارتعاشات توسط ترانسديوسر فراصوت توليد شده و به ناحيه تغيير شكل و تماس بين ابزار (يا قالب) و قطعه كار اعمال مي‌شود. نتايج نشان مي دهند كه اعمال ارتعاشات مكانيكي فركانس بالا با دامنه ميكروني موجب كاهش نيروهاي شكل دهي، افزايش دقت ابعادي و عمر ابزارها و در نتيجه افزايش نرخ توليد و بهره وري مي شوند. با توجه به اهميت و كاربرد موضوع، در اين مقاله به معرفي فرايند اعمال ارتعاشات فراصوت و پديده‌هاي در پي آن پرداخته شده است. بر اين اساس، اصول علمي و تكنولوژيكي اعمال ارتعاشات فراصوت در كنار تاثير آن بر فرايند و عوامل و مكانيزم‌هاي در ارتباط با آن مورد بحث و بررسي قرار گرفته‌اند. همچنين راهكارهاي پيشبرد اين فناوري در صنعت امروز و تجاري‌سازي آن به همراه خلاصه‌اي از مزايا و محدوديت‌هاي اين فرايند در شكل‌دهي فلزات ارائه گرديده است.

Metal forming is a conventional manufacturing process whereby a material with simple form is subjected to plastic deformation and results in industrial end products. Reduction of forming forces and improving product quality has been a promising subject for investigators and artisans. For this purpose, primary methods such as increasing material temperature and modern methods such as use of high power low amplitude ultrasonic vibrations were introduced. In ultrasonic assisted forming, high power ultrasonic transducer produces low amplitude high frequency mechanical vibrations which were transmitted to material subjected to deformation and contacting surfaces of tool/workpiece. Results show reduction of forming forces and tool wear as well as improved surface integrity and dimensional stability that lead to increasing production rate and process efficiency. Considering the importance and capability of ultrasonic assisted metal forming, this paper is concerned with application of ultrasonic vibration on metal forming processes. To this purpose, fundamental principles and mechanisms of application of high power ultrasonic were introduces and discussed. Also, industrial future of this technology as well as its advantages, range of application and its restrictions were mentioned.