Como funciona a usinagem ultrassônica? Princípio de funcionamento e vantagens

Neste artigo, você aprenderá o que é usinagem ultrassônica ? como funciona? peças, aplicativos , vantagens, e desvantagens de usinagem ultrassônica. Baixar o PDF gratuito arquivo deste artigo no final do mesmo.

Processo de Usinagem Ultrassônica

O que é Ultrassônico?

O termo ultra-sônico é usado para descrever uma onda vibratória da frequência, está acima do limite de frequência superior do ouvido humano, ou seja, acima de 16 kHz.

O dispositivo para converter qualquer tipo de energia em ondas ultrassônicas é o transdutor ultrassônico.

Esta energia elétrica é convertida em vibrações mecânicas. E para isso, o efeito piezoelétrico é usado na exibição de magnetostrição exibida por cristais naturais ou sintéticos ou alguns metais.

Meios de magneto-trostrição que a mudança de amplitude que ocorre em materiais ferromagnéticos está sujeita a um campo magnético alternado.

Em usinagem ultrassônica , uma ferramenta vibrando longitudinalmente de 20 kHz a 30 kHz com uma amplitude entre 0,01 mm a 0,06 mm é pressionada na superfície de trabalho com uma força leve.

À medida que a ferramenta vibra com uma frequência específica, uma pasta abrasiva, geralmente uma mistura de grãos abrasivos e água de proporção fixa (20% – 30%), flui sob pressão através da interface ferramenta-peça.

A força de impacto decorrente da vibração da extremidade da ferramenta e o fluxo de lama através da interface da ferramenta de trabalho na verdade faz com que milhares de grãos microscópicos removam o material de trabalho por abrasão. A ferramenta tem a mesma forma que a cavidade a ser usinada.

O método é empregado para usinar materiais duros e quebradiços que são eletricamente condutores ou não condutores. A análise do mecanismo de remoção de material pelo processo USM indica que às vezes pode ser chamado de Moagem Ultrassônica (USG)

Princípio de funcionamento da usinagem ultrassônica

A figura mostra a operação de usinagem Ultrassônica. O oscilador e amplificador eletrônico, também conhecido como gerador, converte a energia elétrica disponível de baixa frequência em potência de alta frequência da ordem de 20 kHz que é fornecida ao transdutor.

O transdutor opera por estrição de magnetron. A fonte de alimentação de alta frequência ativa a pilha do material magnetostritivo que produz o movimento vibratório longitudinal da ferramenta. A amplitude desta vibração é inadequada para fins de corte. Este é, portanto, transmitido para a ferramenta de penetração através de um dispositivo de focalização mecânico que fornece uma vibração intensa da amplitude desejada na extremidade da ferramenta.

O dispositivo de focagem mecânica às vezes é chamado de transformador de velocidade. Esta é uma haste cônica ou chamada de 'chifre'. Sua extremidade superior está sendo fixada ou soldada na face inferior do material magnetostritivo. A sua extremidade inferior está provida de meios para fixar a ferramenta.

Todas essas peças, incluindo a ferramenta feita de aço baixo carbono ou aço inoxidável no formato da cavidade desejada, atuam como um corpo elástico que transmite as vibrações para a ponta da ferramenta.

Leia:Tipos de Processo de Usinagem Não Convencional

Os abrasivos comumente usados ​​são

óxido de alumínio (alumina), carboneto de boro, carboneto de silício e pó de diamante. O boro é o material abrasivo mais caro e é mais adequado para o corte de carboneto de tungstênio, aço para ferramentas e gemas. O silício encontra a maior aplicação. Para cortar vidro e cerâmica, a alumina é considerada a melhor.

A pasta abrasiva é espalhada na interface da ferramenta de trabalho por bombeamento. Um sistema de resfriamento refrigerado é usado para resfriar a pasta abrasiva a uma temperatura de 5 a 6°C. Um bom método é manter a pasta em banho na zona de corte.

O tamanho do abrasivo varia entre o grão 200 e o grão 2000. Classes grossas são boas para desbaste, enquanto classes mais finas, digamos 1000, são empregadas para acabamento. Os abrasivos frescos cortam melhor e a pasta, portanto, deve ser substituída periodicamente

Precisão do USM

A velocidade máxima de penetração em materiais macios e quebradiços como cerâmicas macias é da ordem de 20 mm min, mas para materiais duros e resistentes, a taxa de penetração é menor. Precisão dimensional de até t0,005 mm é possível e acabamentos de superfície até um valor Ra de 0,1-0,125 mícrons podem ser obtidos.

Um raio de canto mínimo de 0,10 mm é possível para a usinagem de acabamento. A gama de tamanhos das máquinas USM varia desde um tipo portátil leve com uma entrada de cerca de 20 W até máquinas pesadas com uma entrada de até 2 kW.

Limitações do Processo

A principal limitação do processo é suas taxas de corte de metal relativamente baixas. A taxa máxima de remoção de metal é de 3 mm®/s e o consumo de energia é alto. A profundidade dos furos cilíndricos está atualmente limitada a 2,5 vezes o diâmetro da ferramenta.

O desgaste da ferramenta aumenta o ângulo do furo, enquanto os cantos vivos ficam arredondados. Isso implica que a substituição da ferramenta é essencial na produção de furos cegos precisos. Além disso, o processo é limitado, na sua forma atual, à máquina em superfícies de tamanho comparativamente pequeno.

Desenvolvimento recente

Recentemente, ocorreu um novo desenvolvimento na usinagem ultrassônica, na qual uma ferramenta impregnada com pó de diamante é usada e nenhuma pasta é usada. A ferramenta oscilou em frequências ultrassônicas e também girou. Se não for possível girar a ferramenta, a peça de trabalho pode ser girada.

Esta inovação eliminou alguns dos inconvenientes do processo convencional na furação de furos profundos. Por exemplo, as dimensões do furo podem ser mantidas dentro de +0,125 mm. Furos de até 75 mm de profundidade foram perfurados em cerâmica sem nenhuma queda na taxa de usinagem como ocorre no processo convencional.

Aplicação de Usinagem Ultrassônica

A simplicidade do processo o torna econômico para uma ampla gama de aplicações, tais como:

• Criar furos redondos e furos de qualquer formato para os quais uma ferramenta pode ser feita. A gama de formas obtidas pode ser aumentada movendo a peça de trabalho durante o corte.
• Operações de usinagem como operações de perfuração, retificação e fresamento em todos os materiais condutores e não condutores.
• Usinagem de vidro, cerâmica, tungstênio e outros carbonetos duros, pedras preciosas como rubi sintético.
• No corte de roscas em componentes feitos de metais duros e ligas, girando e transladando a peça de trabalho ou a ferramenta.
• Na fabricação de matrizes de trefilação de carboneto de tungstênio e diamante e matrizes para processos de forjamento e extrusão.
• Permitir que um dentista faça um furo de qualquer formato nos dentes sem causar dor.

Vantagens e desvantagens da usinagem ultrassônica

Vantagens

• Materiais extremamente duros e quebradiços podem ser facilmente usinados.
• Perfis altamente precisos e bom acabamento superficial podem ser facilmente obtidos.
• A peça usinada está livre de tensões.
• A taxa de remoção de metal é baixa.
• Como não há geração de calor no processo, as propriedades físicas do material de trabalho permanecem inalteradas.
• A operação é silenciosa.
• A operação do equipamento é bastante segura.

Desvantagens

• A taxa de remoção de metal é baixa.
• O custo inicial do equipamento é superior ao das máquinas-ferramenta convencionais.
• Este processo não é adequado para remoção de metais pesados
• O custo do ferramental também é alto.
• Dificuldades são encontradas na usinagem de materiais mais macios
• O consumo de energia é bastante alto.
• O tamanho da cavidade que pode ser usinada é limitado.

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Conclusão

A usinagem ultrassônica tem muitas vantagens nas indústrias de manufatura. Espero ter coberto tudo sobre USM. Se você tiver alguma dúvida sobre este assunto, pode perguntar nos comentários.

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