Introducción del mecanizado ultrasónico

Principio de funcionamiento del mecanizado ultrasónico

La figura muestra la operación de mecanizado ultrasónico. El oscilador y amplificador electrónico, también conocido como generador, convierte la energía eléctrica disponible de baja frecuencia en potencia de alta frecuencia del orden de 20 kHz que se suministra al transductor.

El transductor funciona por magnetrón. La fuente de alimentación de alta frecuencia activa la pila del material magnetoestrictivo que produce un movimiento vibratorio longitudinal de la herramienta. La amplitud de esta vibración es inadecuada para realizar cortes. Esto, por lo tanto, se transmite a la herramienta de penetración a través de un dispositivo de enfoque mecánico que proporciona una vibración intensa de la amplitud deseada en el extremo de la herramienta.

El dispositivo de enfoque mecánico a veces se denomina transformador de velocidad. Este es un vástago cónico o llamado 'cuerno'. Su extremo superior está sujeto o soldado a la cara inferior del material magnetoestrictivo. Su extremo inferior está provisto de medios para asegurar la herramienta.

Todas estas piezas, incluida la herramienta fabricada en acero con bajo contenido de carbono o acero inoxidable con la forma de la cavidad deseada, actúan como un cuerpo elástico que transmite las vibraciones a la punta de la herramienta.

Los abrasivos de uso común son

óxido de aluminio (alúmina), carburo de boro, carburo de silicio y polvo de diamante. El boro es el material abrasivo más caro y se adapta mejor al corte de carburo de tungsteno, acero para herramientas y gemas. Silicon encuentra la mayor aplicación. Para cortar vidrio y cerámica, la alúmina es la mejor.

La lechada abrasiva se esparce a la interfaz de la herramienta de trabajo mediante bombeo. Se utiliza un sistema de enfriamiento refrigerado para enfriar la lechada abrasiva a una temperatura de 5 a 6 ° C. Un buen método es mantener la lechada en un baño en la zona de corte.

El tamaño del abrasivo varía entre grano 200 y grano 2000. Las calidades gruesas son buenas para el desbaste, mientras que las calidades más finas, digamos grano 1000, se emplean para el acabado. Los abrasivos frescos cortan mejor y, por lo tanto, la lechada debe reemplazarse periódicamente.

Precisión

La velocidad máxima de penetración en materiales blandos y quebradizos como las cerámicas blandas es del orden de 20 mm min, pero para materiales duros y duros, la velocidad de penetración es menor. Es posible una precisión dimensional de hasta t0,005 mm y se pueden obtener acabados superficiales hasta un valor Ra de 0,1-0,125 micrones.

Es posible un radio de esquina mínimo de 0,10 mm para terminar el mecanizado. La gama de tamaños de las máquinas USM varía desde un tipo portátil liviano con una entrada de aproximadamente 20 W hasta máquinas pesadas que toman una entrada de hasta 2 kW.

Limitaciones del proceso

La principal limitación del proceso son sus tasas de corte de metal relativamente bajas. La velocidad máxima de eliminación de metal es de 3 mm® / sy el consumo de energía es alto. La profundidad de los agujeros cilíndricos está actualmente limitada a 2,5 veces el diámetro de la herramienta.

El desgaste de la herramienta aumenta el ángulo del agujero, mientras que las esquinas afiladas se redondean. Esto implica que el reemplazo de la herramienta es esencial en la producción de agujeros ciegos precisos. Además, el proceso está limitado, en su forma actual, a la máquina en superficies de tamaño comparativamente pequeño.

Desarrollo reciente

Recientemente ha tenido lugar un nuevo desarrollo en el mecanizado ultrasónico en el que se utiliza una herramienta impregnada con polvo de diamante y no se utiliza lechada. La herramienta ha oscilado a frecuencias ultrasónicas y también ha girado. Si no es posible rotar la herramienta, se puede rotar la pieza de trabajo.

Esta innovación ha eliminado algunos de los inconvenientes del proceso convencional en la perforación de agujeros profundos. Por ejemplo, las dimensiones del agujero se pueden mantener dentro de +0,125 mm. Se han perforado orificios de hasta 75 mm de profundidad en cerámica sin que se produzca ninguna caída en la velocidad de mecanizado como se experimenta en el proceso convencional.

Aplicación del mecanizado ultrasónico

La simplicidad del proceso lo hace económico para una amplia gama de aplicaciones tales como:

· Introducir orificios redondos y orificios de cualquier forma para los que se pueda fabricar una herramienta. La gama de formas que se pueden obtener se puede aumentar moviendo la pieza de trabajo durante el corte.

· En operaciones de mecanizado como taladrado, rectificado, perfilado y fresado de todos los materiales tanto conductores como no conductores.

· Mecanizado de vidrio, cerámica, tungsteno y otros carburo duro, piedras preciosas como el rubí sintético.

· En el corte de roscas en componentes hechos de metales duros y aleaciones girando y trasladando aproximadamente la pieza de trabajo o la herramienta.

· En la fabricación de matrices y matrices de trefilado de carburo de tungsteno y diamante para procesos de forja y extrusión.

· Permitir al dentista perforar un orificio de cualquier forma en los dientes sin crear ningún dolor.

Ventajas del mecanizado ultrasónico

· Los materiales extremadamente duros y quebradizos se pueden mecanizar fácilmente.

· Se pueden obtener fácilmente perfiles de alta precisión y un buen acabado superficial.

· La pieza mecanizada está libre de tensiones.

· La tasa de remoción de metal es baja.

· Debido a que prácticamente no se genera calor en el proceso, las propiedades físicas del material de trabajo permanecen inalteradas.

· La operación es silenciosa.

· El funcionamiento del equipo es bastante seguro.