Mecanizado por ultrasonidos y mecanizado por ultrasonidos rotativo y rectificado por impacto por ultrasonidos

Another popular NON-CONVENTIONAL MACHINING technique we frequently use is ULTRASONIC MACHINING (UM), also widely known as ULTRASONIC RECTIFICADO POR IMPACTO, en el que el material se elimina de la superficie de una pieza de trabajo mediante microastillado y erosión con partículas abrasivas utilizando una herramienta vibratoria que oscila a frecuencias ultrasónicas, con la ayuda de una suspensión abrasiva que fluye libremente entre la pieza de trabajo y la herramienta. Se diferencia de la mayoría de las otras operaciones de mecanizado convencionales porque se produce muy poco calor. La punta de la herramienta de mecanizado ultrasónico se denomina "sonotrodo" y vibra con amplitudes de 0,05 a 0,125 mm y frecuencias de alrededor de 20 kHz. Las vibraciones de la punta transmiten altas velocidades a los granos abrasivos finos entre la herramienta y la superficie de la pieza de trabajo. La herramienta nunca hace contacto con la pieza de trabajo y, por lo tanto, la presión de rectificado rara vez supera las 2 libras. Este principio de funcionamiento hace que esta operación sea perfecta para mecanizar materiales extremadamente duros y quebradizos, como vidrio, zafiro, rubí, diamante y cerámica. Los granos abrasivos se encuentran dentro de una suspensión de agua con una concentración entre 20 a 60% en volumen. La lechada también actúa como transportador de los desechos lejos de la región de corte/mecanizado. Utilizamos como granos abrasivos principalmente carburo de boro, óxido de aluminio y carburo de silicio con tamaños de grano que van desde 100 para procesos de desbaste hasta 1000 para nuestros procesos de acabado. La técnica de mecanizado ultrasónico (UM) es más adecuada para materiales duros y quebradizos como cerámica y vidrio, carburos, piedras preciosas, aceros templados. El acabado superficial del mecanizado ultrasónico depende de la dureza de la pieza de trabajo/herramienta y del diámetro medio de los granos abrasivos utilizados. La punta de la herramienta es generalmente de acero con bajo contenido de carbono, níquel y aceros blandos unida a un transductor a través del portaherramientas. El proceso de mecanizado ultrasónico utiliza la deformación plástica del metal para la herramienta y la fragilidad de la pieza de trabajo. La herramienta vibra y empuja hacia abajo la suspensión abrasiva que contiene los granos hasta que los granos impactan contra la pieza de trabajo quebradiza. Durante esta operación, la pieza de trabajo se rompe mientras que la herramienta se dobla muy ligeramente. Utilizando abrasivos finos, podemos lograr tolerancias dimensionales de 0,0125 mm e incluso mejores con el mecanizado ultrasónico (UM). El tiempo de mecanizado depende de la frecuencia a la que vibra la herramienta, el tamaño y la dureza del grano, y la viscosidad del fluido de suspensión. Cuanto menos viscoso sea el fluido de suspensión, más rápido podrá arrastrar el abrasivo usado. El tamaño del grano debe ser igual o mayor que la dureza de la pieza de trabajo. Como ejemplo, podemos mecanizar múltiples orificios alineados de 0,4 mm de diámetro en una tira de vidrio de 1,2 mm de ancho con mecanizado ultrasónico.

 

 

 

Entremos un poco en la física del proceso de mecanizado ultrasónico. El microchip en el mecanizado ultrasónico es posible gracias a las altas tensiones producidas por las partículas que golpean la superficie sólida. Los tiempos de contacto entre partículas y superficies son muy cortos y del orden de 10 a 100 microsegundos. El tiempo de contacto se puede expresar como:

 

to = 5r/Co x (Co/v) exp 1/5

 

Aquí r es el radio de la partícula esférica, Co es la velocidad de la onda elástica en la pieza de trabajo (Co = raíz cuadrada E/d) y v es la velocidad con la que la partícula golpea la superficie.

 

La fuerza que ejerce una partícula sobre la superficie se obtiene a partir de la tasa de cambio del momento:

 

F = d(mv)/dt

 

Aquí m es la masa del grano. La fuerza promedio de las partículas (granos) que golpean y rebotan en la superficie es:

 

Favorito = 2mv / a

 

Aquí está el tiempo de contacto. Cuando se introducen números en esta expresión, vemos que aunque las piezas son muy pequeñas, dado que el área de contacto también es muy pequeña, las fuerzas y, por lo tanto, las tensiones ejercidas son significativamente altas para causar microfisuras y erosión.

 

 

 

MECANIZADO ULTRASÓNICO ROTATIVO (RUM): Este método es una variación del mecanizado ultrasónico, donde reemplazamos la suspensión abrasiva con una herramienta que tiene abrasivos de diamante con aglomerante metálico que han sido impregnados o galvanizados en la superficie de la herramienta. La herramienta se gira y vibra ultrasónicamente. Presionamos la pieza de trabajo a presión constante contra la herramienta giratoria y vibratoria. El proceso de mecanizado ultrasónico rotativo nos brinda capacidades tales como la producción de orificios profundos en materiales duros a altas tasas de eliminación de material.

 

 

 

Dado que implementamos una serie de técnicas de fabricación convencionales y no convencionales, podemos ayudarlo siempre que tenga preguntas sobre un producto en particular y la forma más rápida y económica de fabricarlo.