Mecanizado por Ultrasonidos:Definición, Partes, Funcionamiento, Ventajas, Inconvenientes, Aplicaciones [Con PDF]

Mecanizado ultrasónico es un proceso de mecanizado sustractivo no convencional ampliamente utilizado en la industria para mecanizar materiales frágiles y más duros. Por su alto grado de precisión, es un método de mecanizado recomendado para componentes críticos. Aprendamos más sobre el proceso de mecanizado ultrasónico, el principio de funcionamiento, las partes clave, las ventajas y las desventajas en este artículo.

Definición de mecanizado ultrasónico

El mecanizado ultrasónico se incluye en un proceso de mecanizado no convencional que se utiliza específicamente para mecanizar materiales duros y quebradizos. El mecanizado ultrasónico también se utiliza ampliamente en el mecanizado de cerámica.

A diferencia de otros procesos de mecanizado no convencionales, como el mecanizado por rayo láser, el mecanizado por descarga eléctrica, el mecanizado ultrasónico no genera calor ni tensión residual en la pieza. Esta es la razón por la que la cerámica y las piezas frágiles se pueden mecanizar fácilmente mediante el mecanizado ultrasónico sin que se produzcan fracturas.

El mecanizado ultrasónico también se denomina mecanizado por vibración ultrasónica ya que este método utiliza una herramienta que vibra a alta frecuencia y, cuando se combina con partículas abrasivas, elimina materiales de la pieza de trabajo.

Partes clave de la máquina ultrasónica

Hay principalmente cinco partes clave en una máquina ultrasónica

• Transductor electromecánico
• Sonotrodo
• Unidad de control
• Lechada de abrasión
• Pistola de abrasión

Transductor electromecánico

El transductor electromecánico está conectado a la unidad de control. La unidad de control tiene un oscilador electrónico que crea corriente alterna que oscila a alta frecuencia en el rango de 28-40 kHz.

El transductor electromecánico convierte esa corriente oscilante en vibración mecánica. Hay principalmente dos tipos de transductores utilizados en las máquinas ultrasónicas.

• Transductor piezoeléctrico
• Transductor magnetoestrictivo

Sonotrodo

El transductor impulsa el sonotrodo a altas frecuencias y bajas amplitudes. Un extremo del sonotrodo está conectado al transductor y el otro extremo contiene la herramienta. El sonotrodo está hecho de acero con bajo contenido de carbono.

Unidad de control

La unidad de control es lo que transmite la potencia. Posee oscilador electrónico que produce corriente alterna a altas frecuencias.

Lechada de abrasión

Los materiales abrasivos como el óxido de aluminio, el carburo de silicio y el carburo de boro, cuando se mezclan con agua, forman una lechada abrasiva. La proporción de agua está entre 20-60%.

Pistola de abrasión

La pistola de abrasión suministra la mezcla de partículas de abrasión y agua entre el Sonotrode y la pieza de trabajo a una presión controlada.

Principio de funcionamiento del proceso de mecanizado ultrasónico

El mecanizado ultrasónico elimina material de la pieza de trabajo debido a la magnetoestricción. Lo que eso significa es que cualquier material magnético cambia su tamaño y forma cuando está bajo magnetización.

La unidad de control/unidad de potencia proporciona corriente alterna al transductor a alta frecuencia. El transductor convierte esa energía eléctrica en vibración mecánica.

El transductor, a su vez, hace vibrar el sonotrodo a alta frecuencia y baja amplitud. La frecuencia varía de 20 a 30 kHz y la amplitud varía de 0,01 a 0,06 mm.

Cuando el sonotrodo vibra y presiona contra la pieza de trabajo, la suspensión abrasiva fluye entre el sonotrodo y la pieza de trabajo. El impacto de la vibración del sonotrodo y la fricción entre las partículas abrasivas y la superficie de la pieza de trabajo se desprende de las partículas metálicas deseadas de la superficie de trabajo.

El tiempo de maquinado depende puramente de qué tan dura y resistente es la pieza de trabajo, cuál es el tamaño de las partículas abrasivas, la amplitud de la vibración del sonotrodo y la proporción de agua en la suspensión de abrasión. La suavidad y la precisión en el mecanizado ultrasónico dependen de la dureza y tenacidad del material. Los metales más blandos ofrecen un mecanizado muy suave y preciso, mientras que los metales duros y quebradizos forman superficies rugosas.

Tipos de mecanizado ultrasónico

Hay dos tipos de procesos de mecanizado ultrasónico.

• Mecanizado ultrasónico rotativo
• Mecanizado ultrasónico asistido por productos químicos

Mecanizado ultrasónico rotativo

En el mecanizado ultrasónico rotatorio, la herramienta oscila a lo largo de la línea central vertical. No se utiliza suspensión abrasiva en este proceso. En cambio, el diamante se impregna en la punta de la herramienta que muele hasta la pieza de trabajo. Este proceso es adecuado para mecanizar cerámica, cuarzo, etc. El mecanizado ultrasónico rotatorio también puede crear orificios profundos ya que no es necesario que la suspensión abrasiva llegue al final del orificio.

Mecanizado ultrasónico asistido por productos químicos

El mecanizado ultrasónico asistido por productos químicos es similar al mecanizado ultrasónico tradicional, pero utiliza una sustancia química como el ácido fluorhídrico en lugar de agua para formar la suspensión abrasiva. Esto ayuda a una tasa de eliminación de material más rápida y un mejor acabado en comparación con el proceso de mecanizado ultrasónico tradicional.

Aplicación de mecanizado ultrasónico

• Mecanizado de materiales frágiles y más duros.
• Mecanizado de piezas donde la precisión es importante
• Perfilado de agujeros y ranuras
• Mecanizado de vidrios y cerámica.
• Piezas electromecánicas donde el mecanizado pequeño e intrincado es importante.
• Grabado y enhebrado
• Rebanado y brochado de materiales duros

Ventajas del mecanizado ultrasónico

• Se puede utilizar para mecanizar materiales duros y quebradizos
• Se puede utilizar para cualquier forma pequeña y compleja
• Puede mecanizar vidrio fácilmente sin fracturarlo
• Durante el mecanizado, el mecanizado ultrasónico no altera las propiedades físicas de los metales.
• Se puede obtener mayor precisión y exactitud a un costo relativamente menor
• Sin distorsión en la geometría de la pieza ya que no se genera calor.
• Adecuado para metales conductores y no conductores
• No se requiere un técnico calificado.
• Capaz de producir piezas con tolerancias precisas

Desventajas del mecanizado ultrasónico

• El valor de dureza del metal debe ser de 45 HRC como mínimo para el mecanizado ultrasónico.
• La tasa de producción es muy lenta. No apto para producción en masa
• La lenta tasa de eliminación de material
• La alta tasa de desgaste del sonotrodo.
• Difícil de mecanizar agujeros profundos ya que las partículas abrasivas ni siquiera pueden alcanzar el extremo final del agujero.
• El mecanizado ultrasónico se limita al mecanizado de pequeños orificios y cortes.

Conclusión:Mecanizado ultrasónico

Eso es todo lo que tenemos en este artículo. Espero que tenga la idea básica del proceso de mecanizado ultrasónico, cómo funciona el proceso de mecanizado ultrasónico y sus ventajas y desventajas. Si todavía tiene alguna pregunta sobre el mecanizado ultrasónico, siempre puede escribir sus preguntas en la sección de comentarios y estaré encantado de ayudarle.

También te puede interesar leer:

• Proceso de mecanizado por chorro abrasivo
• Proceso de mecanizado por rayo láser

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre el mecanizado ultrasónico

¿Qué movimiento utiliza la máquina herramienta ultrasónica para eliminar materiales?

Movimiento Oscilante

¿Cuál es el rango de frecuencia de oscilación de la herramienta en el mecanizado por ultrasonidos

18-20 KHz

¿Cuál es el material más blando en el mecanizado ultrasónico? ¿Herramienta o pieza de trabajo?

La herramienta es más blanda que la pieza de trabajo en el mecanizado ultrasónico.

¿Se genera calor durante el mecanizado en el mecanizado ultrasónico?

No se genera calor durante el mecanizado ultrasónico