Usinagem Ultrassônica (USM) - Peças Principais, Princípio de Funcionamento, Vantagens e Desvantagens com Aplicação

Usinagem ultrassônica (USM) também chamada de usinagem por vibração ultrassônica é um processo de usinagem no qual o material é removido da superfície de uma peça por vibração de baixa amplitude e alta frequência de uma ferramenta contra a superfície do material na presença de partículas abrasivas.

• O movimento da ferramenta ocorre verticalmente ou ortogonal à superfície da peça. A ferramenta se desloca com uma amplitude de 0,05 mm a 0,125 mm (0,002 pol a 0,005 pol).
• A pasta é formada pela mistura de grãos abrasivos finos na água. Esta pasta é feita para fluir através do w/p e da ponta da ferramenta durante o processo de usinagem. As partículas de ganho abrasivo na pasta auxiliam na remoção do material da superfície do w/p. Os tamanhos de grão do material abrasivo variam tipicamente de 100 a 1000. Os grãos menores (ou seja, maior número de grãos) resultam em acabamentos de superfície suaves.
• Esse processo de usinagem geralmente é usado para usinar materiais frágeis e materiais com alta dureza.

Princípio de funcionamento da usinagem ultrassônica

Uma corrente elétrica em alta frequência (na faixa ultrassônica, ou seja, 18 kHz a 40 kHz) é usada para gerar vibração mecânica de baixa amplitude e alta frequência. A vibração mecânica gerada é utilizada para usinagem da superfície de uma peça na presença de partículas de grãos abrasivos na forma de pasta. A pasta flui através da ferramenta e da peça de trabalho. Quando a ferramenta pressiona contra o w/p, a pasta contendo partículas abrasivas lasca os materiais da superfície.

Leia também: 

• Usinagem de feixe de laser - peças principais, princípio, trabalho com aplicação
• Como funciona o processo de usinagem de feixe de elétrons?
• Usinagem Eletroquímica (ECM) - Princípio de Funcionamento, Equipamentos, Vantagens e Desvantagens com Aplicação

Partes principais

A máquina de usinagem ultrassônica consiste em duas partes principais transdutor e sonotrodo (também chamado de chifre), conectado a uma unidade de controle eletrônico com cabos.

A função de várias partes são descritas abaixo

1. Transdutor:

O transdutor consiste principalmente de um cilindro que é feito de cerâmica piezoelétrica. Converte energia elétrica em vibração mecânica. O transdutor então vibra o sonotrodo em baixa amplitude e alta frequência.

2. Sonotrodo:

É feito de aço de baixo carbono. Uma extremidade está conectada ao transdutor e a outra extremidade contém a ferramenta. O sonotrodo vibra em baixa amplitude e alta frequência e remove o material do w/p por abrasão onde entra em contato com ele.

3. Unidade de Controle:

A unidade de controle consiste em um oscilador eletrônico que produz uma corrente alternada em alta frequência. A frequência produzida é geralmente entre 18 kHz a 40 kHz na faixa ultrassônica.

Tipos de USM

1. Usinagem por vibração ultrassônica rotativa (RUM):

No RUM, uma ferramenta de rotação vertical pode girar em torno do eixo do sonotrodo. A superfície da ferramenta é impregnada com diamantes que são usados ​​para retificar a superfície da peça. A pasta abrasiva não é usada neste tipo de máquina para remoção de material.

2. USM assistido por produtos químicos:

Nesta usinagem, um fluido abrasivo quimicamente reativo é utilizado para o processo de usinagem.

Trabalho do processo de usinagem ultrassônica

• O transdutor e o sonotrodo são conectados à unidade de controle com um cabo.
• A unidade de controle possui um oscilador eletrônico que produz uma corrente alternada com altas faixas de frequência ultrassônica entre 18 kHz e 40 kHz.
• Esta corrente alternada de alta frequência é fornecida ao transdutor. O transdutor converte essa corrente alternada em vibração mecânica e transmite essa vibração mecânica ao sonotrodo conectado a ele.
• O sonotrodo é vibrado pelo transdutor com baixa amplitude e alta frequência. Quando este sonotrodo vibrante atinge a superfície do w/p, ele remove o material dele. A pasta flui entre a ferramenta e a peça de trabalho e ajuda na remoção do material da superfície.
• A pasta usada na usinagem ultrassônica contém 20% a 60% de água por volume, óxido de alumínio, carboneto de boro e partículas de carboneto de silício.
• É assim que a usinagem ultrassônica funciona.

Vantagens

• Este método de usinagem é capaz de usinar materiais frágeis e duros com alta precisão.
• Pode usinar materiais frágeis, como vidro e metais não condutores, que não são usinados por métodos não tradicionais, como usinagem eletroquímica ou usinagem por descarga elétrica.
• É capaz de produzir peças de alta tolerância.
• Não há distorção produzida no material trabalhado. E isso ocorre porque nenhum calor é gerado pelo sonotrodo contra o w/p.
• Não há alteração observada nas propriedades físicas do material.
• As peças usinadas produzidas requerem menos processo de acabamento devido à ausência de rebarbas no processo.

Desvantagens

• A remoção do metal é lenta devido a microlascamento ou mecanismo de erosão.
• O desgaste da ponta do sonotrodo ocorre mais rapidamente.
• A usinagem de furos profundos não é fácil por esse método devido à incapacidade da pasta abrasiva de fluir no fundo do furo (exceto usinagem ultrassônica rotativa).
• A usinagem por vibração ultrassônica pode ser usada apenas para usinar materiais com valor de dureza de pelo menos 45 HRC (HRC:Escala Rockwell para medir a dureza de um material).

Aplicativo

• É comumente usado para usinar materiais frágeis e duros. Vidro, carbonetos, cerâmica, pedras preciosas e aços endurecidos são os materiais mais comuns usinados pela USM.
• É um método de usinagem muito preciso e usado na criação de componentes de sistemas microeletroquímicos, como wafers de vidro microestruturados.

Referência: wikipedia.org