Usinagem Ultrassônica Explicada: Como Funciona e Principais Aplicações

Você já ouviu falar de usinagem ultrassônica? Também conhecida como usinagem por vibração ultrassônica, é um processo de manufatura usado para remover material de uma peça através do uso de vibrações de alta frequência combinadas com partículas.

Uma ferramenta ultrassônica essencialmente cria muitas pequenas vibrações que, com o tempo, removem material da peça com a qual é usada. Para saber mais sobre usinagem ultrassônica e como funciona, continue lendo.

O que é Usinagem Ultrassônica?

A usinagem ultrassônica é um processo de manufatura subtrativo que remove material da superfície de uma peça através de vibrações de alta frequência e baixa amplitude de uma ferramenta contra a superfície do material na presença de partículas abrasivas finas. A ferramenta se move vertical ou ortogonalmente à superfície da peça com amplitudes de 0,05 a 0,125 mm (0,002 a 0,005 pol.).

Os grãos abrasivos finos são misturados com água para formar uma pasta (slurry) que é distribuída pela peça e pela ponta da ferramenta. Tamanhos típicos de grão do material abrasivo variam de 100 a 1000, onde grãos menores (número de grão maior) produzem acabamentos superficiais mais lisos.

A usinagem por vibração ultrassônica é tipicamente usada em materiais frágeis, bem como materiais com alta dureza devido à mecânica de microfissuração.

Com a usinagem ultrassônica, uma ferramenta cria vibrações que projetam partículas de tamanho micro em direção à peça. As partículas são tipicamente misturadas com água ou outros líquidos para criar uma pasta.

Quando a ferramenta ultrassônica é ativada, ela projeta estas partículas em alta velocidade em direção à superfície da peça. A natureza abrasiva das partículas ajuda a desgastar material da superfície da peça.

Processo de Usinagem Ultrassônica

A ferramenta presente na máquina para cortar os materiais é feita de um material macio em comparação com a peça. A ferramenta é geralmente feita de materiais como aço macio e níquel. Quando a ferramenta vibra, a pasta abrasiva (líquido) é adicionada, que contém grãos e partículas abrasivas.

A pasta abrasiva é adicionada até que as peças interajam com os grãos. Devido às partículas do líquido adicionado, a fragilidade da peça abrasa a superfície enquanto a ferramenta se deforma gradualmente.

Princípio de Funcionamento da Usinagem Ultrassônica

O tempo gasto na máquina ultrassônica depende inteiramente da frequência da ferramenta vibratória. Também depende do tamanho dos grãos da pasta abrasiva, da rigidez e da viscosidade.

Os grãos usados no fluido abrasivo são geralmente carboneto de boro ou carboneto de silício, pois são mais rígidos que outros. O abrasivo usado pode ser facilmente removido se a viscosidade do fluido da pasta for menor.

Tipos de Usinagem Ultrassônica

1. Usinagem por Vibração Ultrassônica Rotativa

Na usinagem por vibração ultrassônica rotativa (RUM), a ferramenta oscilante verticalmente é capaz de girar em torno da linha central vertical da ferramenta. Em vez de usar uma pasta abrasiva para remover material, a superfície da ferramenta é impregnada com diamantes que desgastam a superfície da peça.

Máquinas ultrassônicas rotativas são especializadas na usinagem de cerâmicas avançadas e ligas como vidro, quartzo, cerâmicas estruturais, ligas de Ti, alumina e carboneto de silício. Máquinas ultrassônicas rotativas são usadas para produzir furos profundos com alto nível de precisão.

A usinagem por vibração ultrassônica rotativa é um processo de manufatura relativamente novo que ainda está sendo amplamente pesquisado. Atualmente, pesquisadores estão tentando adaptar este processo ao nível micro e permitir que a máquina opere de forma semelhante a uma fresadora.

2. Usinagem Ultrassônica Assistida Quimicamente

Na usinagem ultrassônica assistida quimicamente (CUSM), um fluido abrasivo quimicamente reativo é usado para garantir maior usinagem de materiais de vidro e cerâmica. Usando uma solução ácida, como ácido fluorídrico, características de usinagem como taxa de remoção de material e qualidade de superfície podem ser muito melhoradas em comparação à usinagem ultrassônica tradicional.

Embora o tempo gasto na usinagem e a rugosidade superficial diminuam com CUSM, o diâmetro do perfil de entrada é ligeiramente maior que o normal devido à reatividade química adicional da nova escolha de pasta. Para limitar a extensão deste alargamento, o teor de ácido da pasta deve ser cuidadosamente selecionado para garantir a segurança do usuário e um produto de qualidade.

Aplicações da Usinagem Ultrassônica

As aplicações da Usinagem Ultrassônica são:

• Usinagem de artigos de formato muito preciso e complexo.
• Furação de furos redondos de qualquer forma.
• Desbaste de materiais frágeis.
• Perfilagem de furos.
• Gravação
• Trepanagem e cunhagem
• Rosqueamento
• Corte e brochamento de materiais duros.
• Usinagem de vidros, cerâmicas.
• Usinagem de pedras minerais precisas, tungstênio.
• Furação de matrizes e para operação de corte.
• É preciso o suficiente para ser usado na criação de componentes de sistemas microeletromecânicos, como wafers de vidro microestruturados
• Diamante é cortado para as formas desejadas.

Vantagens da Usinagem Ultrassônica

Existem dezenas de outros processos de manufatura capazes de remover material de peças, suas aplicações são tipicamente restritas a peças feitas de materiais fortes e duráveis. A usinagem ultrassônica é única, no entanto, porque é capaz de remover material de quase todos os tipos de peças, incluindo aquelas feitas de materiais duros e frágeis.

Seja uma peça feita de vidro, cerâmica ou até quartzo, suas dimensões físicas podem ser alteradas usando usinagem ultrassônica.

A usinagem ultrassônica não requer aquecimento das peças. Se uma peça é sensível a flutuações térmicas, ela pode ser alterada com segurança usando este processo de usinagem. Durante a usinagem ultrassônica, a temperatura da peça permanece a mesma. Em outras palavras, o processo não requer nem aquecimento nem resfriamento da peça.

Além disso, a usinagem ultrassônica oferece tolerâncias mais altas que muitos outros processos de usinagem. É capaz de modificar peças com altas tolerâncias que não são possíveis com outros processos de usinagem.

Desvantagens da Usinagem Ultrassônica

Por outro lado, existem algumas desvantagens da usinagem ultrassônica, uma das quais é uma taxa de remoção de material mais lenta que a média. Não é uma forma particularmente rápida de remover material de peças.

Pelo contrário, é mais lenta que a maioria dos outros processos de usinagem. Para empresas de manufatura que buscam processos de produção em massa, a usinagem ultrassônica pode ser uma escolha ruim.

Além de uma taxa de remoção de material mais lenta que a média, a usinagem ultrassônica não suporta o uso de furos profundos. Não é incomum que empresas de manufatura furem furos em peças antes de expô-las a uma ferramenta de usinagem ultrassônica. Se um furo for muito profundo, no entanto, a pasta não conseguirá preenchê-lo.