Mecanizado por ultrasonidos explicado: Proceso, componentes, ventajas, desventajas y aplicaciones

El mecanizado por ultrasonidos es un proceso de mecanizado sustractivo no convencional ampliamente utilizado en industrias para mecanizar materiales frágiles y duros. Debido a su alto grado de precisión, es un método recomendado de mecanizado para componentes críticos. Aprendamos más sobre el proceso de mecanizado por ultrasonidos, el principio de funcionamiento, partes clave, ventajas y desventajas en este artículo.

Definición de mecanizado por ultrasonidos

El mecanizado por ultrasonidos pertenece a un proceso de mecanizado no convencional que se usa específicamente para mecanizar materiales duros y frágiles. El mecanizado por ultrasonidos también se usa ampliamente en el mecanizado de cerámicas.

A diferencia de otros procesos de mecanizado no convencionales como el mecanizado por haz láser, mecanizado por descarga eléctrica, el mecanizado por ultrasonidos no genera calor ni tensiones residuales en la pieza. Esta es la razón por la que las cerámicas y piezas frágiles pueden mecanizarse fácilmente usando mecanizado por ultrasonidos sin fractura.

El mecanizado por ultrasonidos también se llama mecanizado por vibración ultrasónica ya que este método usa una herramienta que vibra a alta frecuencia y, cuando se combina con partículas abrasivas, remueve material 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 abrasiva
• Pistola abrasiva

Transductor electromecánico

El transductor electromecánico está conectado a la unidad de control. La unidad de control tiene un oscilador electrónico que crea corriente alterna oscilando 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 usados en máquinas ultrasónicas:

• Transductor piezoeléctrico
• Transductor magnetostrictivo

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 de bajo carbono.

Unidad de control

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

Lechada abrasiva

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

Pistola abrasiva

La pistola abrasiva suministra la mezcla de partículas abrasivas y agua entre el sonotrodo y la pieza de trabajo a una presión controlada.

Principio de funcionamiento del proceso de mecanizado por ultrasonidos

El mecanizado por ultrasonidos remueve material de la pieza de trabajo debido a la magnetostricción. ¿Qué significa eso? Que cualquier material magnético cambia su tamaño y forma cuando está bajo magnetización.

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

El transductor a su vez vibra el sonotrodo a alta frecuencia y baja amplitud. La frecuencia varía de 20-30 kHz y la amplitud varía de 0.01 a 0.06 mm.

Cuando el sonotrodo vibra y presiona contra la pieza de trabajo, la lechada 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 desprende las partículas de metal deseadas de la superficie de trabajo.

El tiempo de mecanizado depende puramente de qué tan duro y tenaz sea 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 lechada abrasiva. La suavidad y precisión en el mecanizado por ultrasonidos dependen de la dureza y tenacidad del material. Los metales más blandos ofrecen mecanizado muy suave y preciso, mientras que los metales duros y frágiles forman superficies rugosas.

Tipos de mecanizado por ultrasonidos

Hay dos tipos de proceso de mecanizado por ultrasonidos:

• Mecanizado ultrasónico rotativo
• Mecanizado ultrasónico asistido químicamente

Mecanizado ultrasónico rotativo

En el mecanizado ultrasónico rotativo, la herramienta oscila a lo largo de la línea central vertical. No se usa lechada abrasiva en este proceso. En su lugar, el diamante está impregnado en la punta de la herramienta que desgasta la pieza de trabajo. Este proceso es adecuado para mecanizar cerámicas, cuarzo, etc. El mecanizado ultrasónico rotativo también puede crear agujeros profundos ya que no hay lechada abrasiva que necesite llegar al final del agujero.

Mecanizado ultrasónico asistido químicamente

El mecanizado ultrasónico asistido químicamente es similar al mecanizado ultrasónico tradicional pero usa un químico como ácido fluorhídrico en lugar de agua para formar la lechada abrasiva. Esto ayuda en una mayor tasa de remoción de material y mejor acabado comparado con el proceso tradicional de mecanizado por ultrasonidos.

Aplicación del mecanizado ultrasónico

• Mecanizado de materiales frágiles y duros.
• Mecanizado de piezas donde la precisión es importante.
• Perfilado de agujeros y ranuras.
• Mecanizado de vidrios y cerámicas.
• Piezas electromecánicas donde el mecanizado pequeño e intrincado es importante.
• Grabado y roscado.
• Corte y brochado de materiales duros.

Ventajas del mecanizado por ultrasonidos

• Puede usarse para mecanizar materiales duros y frágiles.
• Puede usarse para cualquier forma pequeña y compleja.
• Puede mecanizar vidrio fácilmente sin fracturarlo.
• Durante el mecanizado, el mecanizado por ultrasonidos no altera las propiedades físicas de los metales.
• Mayor precisión y exactitud pueden obtenerse a un coste relativamente bajo.
• No hay distorsión en la geometría de la pieza ya que no se genera calor.
• Apto para metales conductores y no conductores.
• No se requiere técnico altamente calificado.
• Capaz de producir piezas con tolerancias precisas.

Desventajas del mecanizado por ultrasonidos

• El valor de dureza del metal necesita ser 45 HRC mínimo para mecanizado por ultrasonidos.
• La tasa de producción es muy lenta. No apto para producción en masa.
• Baja tasa de remoción de material.
• Alta tasa de desgaste del sonotrodo.
• Difícil mecanizar agujeros profundos ya que las partículas abrasivas no pueden alcanzar el extremo del agujero.
• El mecanizado por ultrasonidos se limita a mecanizar agujeros y cortes pequeños.

Conclusión: Mecanizado por ultrasonidos

Eso es todo lo que tenemos en este artículo. Espero que haya obtenido la idea básica del proceso de mecanizado por ultrasonidos, cómo funciona el proceso de mecanizado por ultrasonidos y sus ventajas y desventajas. Si aún tiene preguntas sobre mecanizado por ultrasonidos, siempre es bienvenido a escribir sus preguntas en la sección de comentarios, y estaré feliz de ayudar.

También puede interesarle leer:

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

Preguntas Frecuentes (FAQ) sobre Mecanizado por Ultrasonidos

¿Qué movimiento usa la herramienta de la máquina ultrasónica para remover materiales?

Movimiento oscilante

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

18-20 kHz

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

La herramienta es más blanda que la pieza de trabajo en mecanizado por ultrasonidos.

¿Se genera calor durante el mecanizado en mecanizado por ultrasonidos?

No se genera calor durante el mecanizado por ultrasonidos.