Mecanizado ultrasónico (USM):partes principales, principio de funcionamiento, ventajas y desventajas con la aplicación

Mecanizado ultrasónico (USM) También llamado mecanizado por vibración ultrasónica, es un proceso de mecanizado en el que se elimina material de la superficie de una pieza mediante vibraciones de baja amplitud y alta frecuencia de una herramienta contra la superficie del material en presencia de partículas abrasivas.

• El movimiento de la herramienta tiene lugar de forma vertical u ortogonal a la superficie de la pieza. La herramienta se desplaza con una amplitud de 0,05 mm a 0,125 mm (0,002 in a 0,005 in).
• La suspensión se forma mezclando granos abrasivos finos en el agua. Esta suspensión se hace fluir a través de la w/p y la punta de la herramienta durante el proceso de mecanizado. Las partículas de ganancia de abrasivo en la suspensión ayudan a eliminar el material de la superficie de la w/p. Los tamaños de grano del material abrasivo suelen oscilar entre 100 y 1000. Los granos más pequeños (es decir, una mayor cantidad de granos) dan como resultado acabados superficiales suaves.
• Este proceso de mecanizado se suele utilizar para mecanizar materiales quebradizos y materiales que tienen una gran dureza.

Principio de funcionamiento del mecanizado ultrasónico

Se utiliza una corriente eléctrica de alta frecuencia (en el rango ultrasónico, es decir, de 18 kHz a 40 kHz) para generar vibraciones mecánicas de baja amplitud y alta frecuencia. La vibración mecánica generada se utiliza para mecanizar la superficie de una pieza en presencia de partículas de grano abrasivo en forma de suspensión. La suspensión fluye a través de la herramienta y la pieza de trabajo. Cuando la herramienta presiona contra el w/p, la suspensión que contiene partículas abrasivas astilla los materiales de la superficie.

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Partes principales

La máquina de mecanizado ultrasónico consta de dos partes principales, un transductor y un sonotrodo (también llamado bocina), conectados a una unidad de control electrónico con cables.

La función de varias partes se describe a continuación

1. Transductor:

El transductor consiste principalmente en un cilindro hecho de cerámica piezoeléctrica. Convierte la energía eléctrica en vibración mecánica. Luego, el transductor hace vibrar el sonotrodo a baja amplitud y alta frecuencia.

2. Sonotrodo:

Está hecho de acero de bajo carbono. Un extremo está conectado con el transductor y el otro extremo contiene la herramienta. El sonotrodo vibra a baja amplitud y alta frecuencia y elimina material de la w/p por abrasión donde entra en contacto con ella.

3. Unidad de control:

La unidad de control consta de un oscilador electrónico que produce una corriente alterna de alta frecuencia. La frecuencia producida suele estar entre 18 kHz y 40 kHz en el rango ultrasónico.

Tipos de USM

1. Mecanizado por vibración ultrasónica rotativa (RUM):

En RUM, una herramienta que gira verticalmente puede girar alrededor del eje del sonotrodo. La superficie de la herramienta está impregnada de diamantes que se utilizan para rectificar la superficie de la pieza. En este tipo de máquina no se utiliza lechada abrasiva para la eliminación de material.

2. USM asistido por químicos:

En este mecanizado, se utiliza un fluido abrasivo químicamente reactivo para el proceso de mecanizado.

Funcionamiento del proceso de mecanizado ultrasónico

• El transductor y el sonotrodo están conectados a la unidad de control con un cable.
• La unidad de control tiene un oscilador electrónico que produce una corriente alterna con altos rangos de frecuencia ultrasónica entre 18 kHz y 40 kHz.
• Esta corriente alterna de alta frecuencia se suministra al transductor. El transductor convierte esta corriente alterna en vibración mecánica y transmite esta vibración mecánica al sonotrodo conectado a él.
• El transductor hace vibrar el sonotrodo con baja amplitud y alta frecuencia. Cuando este sonotrodo vibratorio golpea la superficie de la w/p, elimina el material que la forma. La lechada fluye entre la herramienta y la pieza de trabajo y ayuda a eliminar el material de la superficie.
• La suspensión utilizada en el mecanizado ultrasónico contiene entre un 20 % y un 60 % de agua por volumen, óxido de aluminio, carburo de boro y partículas de carburo de silicio.
• Así es como funciona el mecanizado ultrasónico.

Ventajas

• Este método de mecanizado es capaz de mecanizar materiales frágiles y duros con alta precisión.
• Puede mecanizar materiales frágiles como vidrio y metales no conductores que no se mecanizan mediante métodos no tradicionales como el mecanizado electroquímico o el mecanizado por descarga eléctrica.
• Es capaz de producir piezas de alta tolerancia.
• No se produce distorsión en el material trabajado. Y esto se debe a que el sonotrodo no genera calor contra el w/p.
• No se observa ningún cambio en las propiedades físicas del material.
• Las piezas mecanizadas producidas requieren menos proceso de acabado debido a la ausencia de rebabas en el proceso.

Desventajas

• La remoción de metal es lenta debido al microastillado o al mecanismo de erosión.
• El desgaste de la punta del sonotrodo ocurre más rápidamente.
• El mecanizado de agujeros profundos no es fácil con este método debido a la incapacidad de la suspensión abrasiva de fluir en el fondo del agujero (excepto el mecanizado ultrasónico rotativo).
• El mecanizado por vibración ultrasónica solo se puede utilizar para mecanizar materiales que tengan un valor de dureza de al menos 45 HRC (HRC:Escala Rockwell para medir la dureza de un material).

Solicitud

• Se usa comúnmente para mecanizar materiales frágiles y duros. Vidrio, carburos, cerámica, piedras preciosas y aceros templados son los materiales más comunes mecanizados por USM.
• Es un método de mecanizado muy preciso y se utiliza en la creación de componentes de sistemas microelectroquímicos como obleas de vidrio microestructurado.

Referencia: wikipedia.org