¿Qué es el mecanizado ultrasónico? - Trabajo y proceso

¿Has oído hablar del mecanizado ultrasónico? También conocido como mecanizado por vibración ultrasónica, es un proceso de fabricación que se utiliza para eliminar material de una pieza de trabajo mediante el uso de vibraciones de alta frecuencia combinadas con partículas.

Una herramienta ultrasónica esencialmente crea muchas vibraciones pequeñas que, con el tiempo, eliminan material de la pieza de trabajo con la que se usa. Para obtener más información sobre el mecanizado ultrasónico y cómo funciona, siga leyendo.

¿Qué es el mecanizado ultrasónico?

El mecanizado ultrasónico es un proceso de fabricación sustractivo que elimina material de la superficie de una pieza a través de vibraciones de baja amplitud y alta frecuencia de una herramienta contra la superficie del material en presencia de partículas abrasivas finas. La herramienta se desplaza verticalmente u ortogonalmente a la superficie de la pieza con amplitudes de 0,05 a 0,125 mm (0,002 a 0,005 pulg.).

Los granos abrasivos finos se mezclan con agua para formar una suspensión que se distribuye por la pieza y la punta de la herramienta. Los tamaños de grano típicos del material abrasivo oscilan entre 100 y 1000, donde los granos más pequeños (mayor número de granos) producen acabados superficiales más suaves.

El mecanizado por vibración ultrasónica se utiliza normalmente en materiales frágiles, así como en materiales con una gran dureza debido a la mecánica de las microfisuras.

Con el mecanizado ultrasónico, una herramienta crea vibraciones que proyectan partículas de tamaño micro hacia la pieza de trabajo. Las partículas generalmente se mezclan con agua u otros líquidos para crear una suspensión.

Cuando se activa la herramienta ultrasónica, proyecta estas partículas a gran velocidad hacia la superficie de la pieza de trabajo. La naturaleza abrasiva de las partículas ayuda a eliminar el material de la superficie de la pieza de trabajo.

Proceso de mecanizado ultrasónico

La herramienta presente en la máquina para cortar los materiales está hecha de un material blando en comparación con la pieza de trabajo. La herramienta generalmente está hecha de materiales como acero dulce y níquel. Cuando la herramienta vibra, se agrega la suspensión abrasiva (líquido) que contiene partículas y granos abrasivos.

La suspensión abrasiva se agrega hasta que las piezas de trabajo interactúan con los granos. Debido a las partículas de líquido añadidas, la fragilidad de trabajo de la pieza desgasta la superficie mientras que la herramienta se deforma gradualmente.

Principio de funcionamiento del mecanizado ultrasónico

El tiempo dedicado a la máquina ultrasónica depende completamente de la frecuencia de la herramienta vibratoria. También depende del tamaño de los granos de la suspensión abrasiva, la rigidez y la viscosidad.

Los granos utilizados en el fluido abrasivo suelen ser carburo de boro o carburo de silicio ya que son más rígidos que otros. El abrasivo usado puede eliminarse fácilmente si la viscosidad del fluido de suspensión es menor.

Tipos de mecanizado ultrasónico

1. Mecanizado por vibración ultrasónica rotativa

En el mecanizado rotatorio por vibración ultrasónica (RUM), la herramienta que oscila verticalmente puede girar alrededor de la línea central vertical de la herramienta. En lugar de utilizar una suspensión abrasiva para eliminar el material, la superficie de la herramienta se impregna con diamantes que muelen la superficie de la pieza.

Las máquinas ultrasónicas rotativas están especializadas en el mecanizado de cerámicas y aleaciones avanzadas como vidrio, cuarzo, cerámicas estructurales, aleaciones de titanio, alúmina y carburo de silicio. Las máquinas ultrasónicas rotativas se utilizan para producir agujeros profundos con un alto nivel de precisión.

El mecanizado por vibración ultrasónica rotativa es un proceso de fabricación relativamente nuevo que todavía se está investigando de forma exhaustiva. Actualmente, los investigadores están tratando de adaptar este proceso al nivel micro y permitir que la máquina funcione de manera similar a una fresadora.

2. Mecanizado por vibración ultrasónica asistido por productos químicos

En el mecanizado ultrasónico asistido por productos químicos (CUSM), se utiliza un fluido abrasivo químicamente reactivo para garantizar un mayor mecanizado de materiales de vidrio y cerámica. Con una solución ácida, como el ácido fluorhídrico, las características de mecanizado, como la tasa de eliminación de material y la calidad de la superficie, pueden mejorarse mucho en comparación con el mecanizado ultrasónico tradicional.

Si bien el tiempo dedicado al maquinado y la rugosidad de la superficie disminuyen con CUSM, el diámetro del perfil de entrada es ligeramente más grande de lo normal debido a la reactividad química adicional de la nueva elección de lodo. Para limitar el alcance de esta ampliación, el contenido de ácido de la suspensión debe seleccionarse cuidadosamente para garantizar la seguridad del usuario y un producto de calidad.

Aplicaciones del mecanizado ultrasónico

Las aplicaciones del mecanizado ultrasónico son:

• Mecanizado de artículos de forma muy precisa y compleja.
• Perforación de agujeros redondos de cualquier forma.
• Moler los materiales quebradizos.
• Perfilado de agujeros.
• Grabado
• Trepanado y acuñado
• Enhebrado
• Rebanar y brochar materiales duros.
• Mecanizado de los vidrios, cerámica.
• Mecanizado de piedras minerales precisas, tungsteno.
• Perforación de troqueles y para operaciones de tronzado.
• Esto es lo suficientemente preciso como para usarse en la creación de componentes de sistemas microelectromecánicos, como obleas de vidrio microestructurado
• El diamante se corta para las formas deseadas.

Ventajas del mecanizado ultrasónico

Hay docenas de otros procesos de fabricación capaces de eliminar material de las piezas de trabajo, sus aplicaciones suelen estar restringidas a piezas de trabajo hechas de materiales resistentes y duraderos. Sin embargo, el mecanizado ultrasónico es único porque es capaz de eliminar material de casi todos los tipos de piezas de trabajo, incluidas aquellas hechas de materiales duros y quebradizos.

Ya sea que una pieza de trabajo esté hecha de vidrio, cerámica o incluso cuarzo, sus dimensiones físicas pueden modificarse mediante el mecanizado ultrasónico.

El mecanizado ultrasónico no requiere calentar las piezas de trabajo. Si una pieza de trabajo es sensible a las fluctuaciones térmicas, se puede modificar de forma segura mediante este proceso de mecanizado. Durante el mecanizado ultrasónico, la temperatura de la pieza de trabajo permanecerá igual. En otras palabras, el proceso no requiere calentar ni enfriar la pieza de trabajo.

Además, el mecanizado ultrasónico ofrece mayor tolerancia que muchos otros procesos de mecanizado. Es capaz de modificar piezas de trabajo con altas tolerancias que no son posibles con otros procesos de mecanizado.

Desventajas del mecanizado ultrasónico

Por otro lado, existen algunas desventajas del mecanizado ultrasónico, una de las cuales es una tasa de eliminación de material más lenta que el promedio. No es una forma particularmente rápida de eliminar material de las piezas de trabajo.

Por el contrario, es más lento que la mayoría de los demás procesos de mecanizado. Para las empresas de fabricación que buscan procesos de producción en masa, el mecanizado ultrasónico puede ser una mala elección.

Además de una tasa de eliminación de material más lenta que el promedio, el mecanizado ultrasónico no admite el uso de agujeros profundos. No es raro que las empresas de fabricación taladren agujeros en las piezas de trabajo antes de exponerlas a una herramienta de mecanizado ultrasónica. Sin embargo, si un agujero es demasiado profundo, la lechada no podrá llenarlo.