LA TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA AYUDA A LA MÁQUINA DE MATERIALES DUROS
A diferencia de las aplicaciones en medicina, inspección y limpieza de piezas donde se aplican directamente las ondas ultrasónicas (sonido de alta frecuencia), el mecanizado ultrasónico es un proceso de corte de metal que se facilita con la tecnología ultrasónica. El proceso utiliza una herramienta de fresado, taladrado o esmerilado revestida con diamante, accionada por tecnología ultrasónica, que puede impactar una pieza de trabajo con una frecuencia de 20 kHz o 20,000 veces por segundo.
El resultado es un sistema que puede mecanizar materiales frágiles como cerámica, vidrio, silicio, grafito, materiales compuestos y piedras preciosas. Cada vez más, las piezas de trabajo hechas de estos "materiales avanzados" se están especificando en las industrias médica, automotriz, aeroespacial y óptica.
Son las propiedades de estos materiales (bajo peso, estabilidad química y térmica y resistencia al desgaste) lo que los hace atractivos para los ingenieros de diseño. Pero las mismas propiedades que hacen que la composición de estos materiales sea atractiva para aplicaciones seleccionadas los convierten en un soporte para la máquina con procesos convencionales de corte de metales.
En funcionamiento, el sistema utiliza una señal eléctrica de alta frecuencia que se convierte en movimiento mecánico oscilante a través de motores pizoeléctricos. Un amplificador amplifica la amplitud de oscilación.
El movimiento de alta frecuencia hace que la herramienta de corte con recubrimiento de diamante se expanda y se contraiga de forma pulsante a una frecuencia nominal de 20 kHz o 20,000 ciclos por segundo. El corte se realiza en el punto más alto de amplitud o expansión de la herramienta. Los granos de diamante, unidos a la herramienta, chocan con la superficie de la pieza de trabajo. El material se rompe en partículas muy pequeñas.
Además de la oscilación de la herramienta de corte, se gira simultáneamente a velocidades entre 3,000 y 40,000 rpm. La rotación de la herramienta expone la superficie de corte completa de la herramienta para mantener la precisión dimensional de la pieza de trabajo y cumple la doble función de eliminar las partículas cortadas de la zona de trabajo.
El mecanizado se realiza en húmedo. Cuando la máquina se utiliza como un molino, la herramienta / interfaz de trabajo se inunda. Para operaciones de taladrado y fresado, el enjuague y enfriamiento se realizan a través del husillo. El agua se utiliza como medio para todas las operaciones.
La clave del éxito de este proceso de mecanizado es la construcción de las herramientas de corte. Un sistema de ligante patentado adhiere los granos de diamante al cuerpo de la herramienta. Única en esta aplicación es la necesidad de que el aglomerante y los granos se contraigan y expandan a medida que la herramienta oscila.
Estas herramientas están especialmente desarrolladas y adaptadas al material para que la erosión del diamante esté en sincronía con los requisitos de corte. Si la herramienta se despoja demasiado rápido, la vida útil de la herramienta sufre. Si se cuelga en el grano demasiado tiempo, el rendimiento de mecanizado y las tolerancias de acabado de la superficie se ven afectados negativamente. La compañía dice que este proceso puede producir un aumento de cinco veces en la productividad en comparación con los métodos de mecanizado convencionales y es capaz de acabados superficiales de un promedio de rugosidad de 0,2 micras.
El control del proceso ultrasónico es automático utilizando una combinación de dos sistemas dinámicos. Un control adaptativo monitorea la herramienta para mantener una alimentación óptima durante el ciclo de mecanizado. El control acústico utiliza firmas de sonido generadas en el corte para detectar la eficiencia de corte de la herramienta para trabajos de alta tolerancia.
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