Mecanizado ultrasónico:definición, partes, principio de funcionamiento, ventajas, aplicación

El mecanizado ultrasónico es un proceso de fabricación que elimina material de la superficie a través de vibraciones de baja amplitud y alta frecuencia de una herramienta contra la superficie del material, presencia de partículas abrasivas finas.

En este documento, estudiaremos en detalle la definición, la construcción o las partes, los principios de funcionamiento, las ventajas, las desventajas y la aplicación del mecanizado ultrasónico.

¿Qué es el proceso de mecanizado ultrasónico?

El mecanizado ultrasónico es un proceso de mecanizado no convencional en el que los abrasivos golpean la pieza de trabajo para eliminar el material. Este método de mecanizado recurre a la percusión o martilleo de abrasivos contra la pieza de trabajo con la herramienta.

Por lo tanto, tenemos una herramienta que no impacta directamente en la pieza de trabajo, pero hay algunas partículas abrasivas entre la pieza de trabajo y la herramienta.

Estas partículas abrasivas son duras y pueden retener su forma, lo que significa que son rígidas, por lo tanto, pueden causar erosión por impacto del material de la pieza de trabajo cuando se trabaja en este modo particular de percusión.

Así, el martilleo lo realiza un cuerpo que se conoce como herramienta. El material de la herramienta ha sido lo suficientemente dúctil para que en sí mismo no sufra fractura frágil.

Construcción o piezas del proceso de mecanizado ultrasónico:

El mecanizado ultrasónico consta de las siguientes partes principales:

• Fuente de alimentación
• Transformador de velocidad
• Herramienta
• Lechada abrasiva
• Transductor electromecánico
• Pistola abrasiva
• Pieza de trabajo

Fuente de alimentación:

La fuente de alimentación también se denomina generador de alta frecuencia u oscilador electrónico. La función principal es convertir un suministro eléctrico normal que tiene un rango de frecuencia de 50-60 HZ a un suministro eléctrico de alta frecuencia hasta un rango de 20-40kHZ pero la amplitud de la vibración será pequeña hasta un rango de micras

Transformador de velocidad:

El transformador de velocidad también se llama el diseño de la bocina. La función de la bocina es amplificar y enfocar la vibración del transductor a una intensidad adecuada para conducir la herramienta para cumplir con la operación de corte.

Están hechos de acero duro, no magnético y fácilmente maquinable que tiene buena resistencia a la fatiga como K-Monel, bronce metálico y acero dulce.

Las bocinas linealmente ahusadas y exponencialmente afiladas tienen longitudes iguales a la mitad de la longitud de onda del sonido en el metal del que están hechas.

Herramienta:

El martilleo se realiza mediante un cuerpo que se conoce como herramienta y el material de la herramienta ha sido lo suficientemente dúctil para que en sí mismo no sufra fractura frágil.

Sin embargo, no podemos evitar la eliminación de material de la herramienta en paralelo con la pieza de trabajo, por lo que el desgaste de la herramienta es suficiente y también debe ser resistente a la fatiga porque para aumentar la tasa de eliminación de material estamos aumentando la tasa de martilleo a frecuencias ultrasónicas. .

Entonces, si es así, habrá una carga dinámica en el material de la herramienta. Por lo tanto, debe ser resistente a la fatiga. Y la tasa de mecanizado es proporcional a este martilleo

Lechada abrasiva:

Los abrasivos deben aplicarse en el sitio de mecanizado y deben eliminarse junto con el material mecanizado de la pieza de trabajo y el material de la herramienta, de modo que se transporten en una suspensión hacia y desde el sitio de mecanizado.

La herramienta se presiona contra la pieza de trabajo para crear una ligera presión, lo suficientemente baja como para no aplastar los abrasivos y lo suficientemente alta como para asegurar la fractura del lugar de trabajo.

Los abrasivos tienen mayor resistencia a la fractura que la pieza de trabajo. en primer lugar, se deben suministrar abrasivos.

Por lo tanto, se aplican en el sitio de mecanizado por medio de un medio acuoso generalmente y se denomina suspensión.

Transductor electromecánico:

El transductor convierte la energía eléctrica en vibración mecánica. La señal eléctrica de alta frecuencia se transmite al transductor que la convierte en alta frecuencia y tiene una vibración de baja amplitud.

Se utilizan dos tipos de transductor:

• Transductor piezoeléctrico
• Transductor magnetorrestrictivo.

Transductor piezoeléctrico:

Cuando este transductor se comprime genera una pequeña corriente eléctrica. y cuando una corriente eléctrica pasó a través de él, se expandirá. Cuando se elimina la corriente, el cristal alcanza su tamaño y forma originales. estos transductores están disponibles hasta 900 vatios.

Transductor magnetoestrictivo:

Cuando se somete a un campo magnético, este tipo de transductores también cambia su forma. Estos transductores están hechos de níquel y aleación de níquel. La eficiencia es de aproximadamente 20-30%. Dichos transductores están disponibles hasta 2000 vatios, el cambio máximo de longitud es de aproximadamente 25 micrones.

Pistola abrasiva:

Los abrasivos se aplican en el sitio de mecanizado transportándolos en un medio acuoso generalmente y se denomina suspensión.

Pongamos volumen/volumen, digamos 20 partes de abrasivos en 100 partes de agua y dejemos que se aplique con una boquilla o una pistola abrasiva, es decir, con un chorro en el sitio de mecanizado para que todo el tiempo el sitio de la máquina esté recibiendo abrasivos frescos. bajo una presión definida y los escombros del mecanizado:es decir, eliminar material abrasivo roto, todas estas cosas son eliminadas por ese chorro de agua y abrasivos solamente.

Pieza de trabajo:

Los materiales frágiles no conductores, como la cerámica de ingeniería, se mecanizan mediante un proceso de mecanizado ultrasónico.

No daña térmicamente la pieza de trabajo y no introduce tensión residual en la pieza de trabajo. Las formas tridimensionales pueden resultar complejas a partir de este proceso en la pieza de trabajo.

Principio de funcionamiento del proceso de mecanizado ultrasónico:

El trabajo del mecanizado ultrasónico es:hay un espacio entre la herramienta y la pieza de trabajo de aproximadamente 0,25 mm. La herramienta está hecha de material dúctil. Entre la herramienta y la pieza de trabajo, hay una suspensión de abrasivo.

El abrasivo se incrusta en la herramienta y durante el recorrido descendente de la herramienta, los abrasivos golpean la pieza de trabajo y eliminan el material.

Este material será expulsado del área de mecanizado por el flujo de la herramienta de suspensión que se estrecha ligeramente para producir orificios rectos.

Al aumentar la viscosidad del fluido portador, la tasa de eliminación de material disminuye debido a la dificultad del lavado. Al aumentar la frecuencia, MRR aumentará porque aumentará el número de impactos por unidad de tiempo.

Al aumentar la amplitud, MRR aumentará debido al aumento en el impulso de los abrasivos.

La amplitud de la vibración puede variar de 5 a 75 µm y la frecuencia puede variar de 19 a 25 kHz.

Al aumentar la concentración de abrasivos, el impacto estará allí en más lugares, lo que aumenta la MRR (tasa de eliminación de material).

Pero cuando la concentración aumenta más allá de un cierto valor, debido a la colisión entre los abrasivos se pierde el impulso, disminuyendo el MRR.

Al aumentar el tamaño del abrasivo, aparecerá un impacto en el área más grande. Pero cuando el tamaño aumenta más allá de cierto valor, el impulso de los abrasivos disminuirá.

Cabe señalar que:MRR:ECM> EDM> USM

Video de trabajo de mecanizado ultrasónico:

Ventajas del mecanizado ultrasónico:

Las siguientes ventajas de Ultrasonic son:

• El mecanizado ultrasónico se puede utilizar en materiales frágiles, no conductores, materiales duros y frágiles
• No se genera calor en este proceso de mecanizado, por lo que hay un cambio físico muy pequeño o insignificante en la pieza de trabajo.
• No metal que no se puede mecanizar mediante EDM y ECM debido a su baja conductividad eléctrica, pero que se puede mecanizar muy bien mediante mecanizado ultrasónico.
• Es menos rebabas y menos procesos de distorsión.
• Se puede adoptar junto con otras nuevas tecnologías como EDM, ECG, ECM.
• La operación es silenciosa.
• El equipo utilizado aquí en este mecanizado puede ser utilizado tanto por operadores calificados como no calificados.
• Se puede lograr un buen acabado superficial y alta precisión.
• Todos los materiales se pueden mecanizar independientemente de su conductividad.

Desventajas del mecanizado ultrasónico:

Las siguientes desventajas del mecanizado ultrasónico son:

• La tasa de eliminación de material es baja.
• El requerimiento de energía para el corte es alto.
• El material más blando es difícil de mecanizar
• Es difícil perforar orificios profundos en el mecanizado ultrasónico, ya que existe una restricción del movimiento de lodo.
• Alta tasa de desgaste de la herramienta debido al movimiento de partículas abrasivas.

Aplicación de mecanizado ultrasónico:

Las siguientes aplicaciones de mecanizado ultrasónico son:

• El mecanizado ultrasónico se utiliza para el mecanizado de cerámicas no conductoras.
• El material que tiene una alta tasa de desechos significa que el material frágil se puede mecanizar mediante este proceso de manera muy eficaz.
• Mecanizado de troqueles para operaciones de trefilado, punzonado y troquelado.
• Permite a un dentista perforar un agujero de cualquier forma en los dientes sin ningún dolor.
• Utilizado para moler cuarzo, vidrio, cerámica.
• Se utiliza para cortar diamantes industriales.
• También se usa para hacer troqueles.