O que é usinagem ultrassônica? - Trabalho e processo

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

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

O que é usinagem ultrassônica?

A usinagem ultrassônica é um processo de fabricação 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 desloca-se verticalmente ou ortogonalmente à superfície da peça em 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 que é distribuída pela peça e pela ponta da ferramenta. Os tamanhos de grão típicos do material abrasivo variam de 100 a 1000, onde grãos menores (maior número de grãos) produzem acabamentos de superfície mais suaves.

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

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

Quando a ferramenta ultrassônica é ativada, ela projeta essas partículas em alta velocidade em direção à superfície da peça de trabalho. A natureza abrasiva das partículas ajuda a remover o material da superfície da peça de trabalho.

Processo de Usinagem Ultrassônica

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

A pasta abrasiva é adicionada até que as peças interajam com os grãos. Devido às partículas de líquido adicionadas, a fragilidade de trabalho da peça de trabalho desgasta 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 os outros. O abrasivo usado pode ser levado facilmente se a viscosidade da pasta fluida for menor.

Tipos de usinagem ultrassônica

1. Usinagem de vibração ultrassônica rotativa

Na usinagem de 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 o material, a superfície da ferramenta é impregnada com diamantes que trituram a superfície da peça.

As máquinas ultrassônicas rotativas são especializadas na usinagem de cerâmicas e ligas avançadas, como vidro, quartzo, cerâmica estrutural, 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 fabricação relativamente novo que ainda está sendo amplamente pesquisado. Atualmente, os pesquisadores estão tentando adaptar esse processo ao nível micro e permitir que a máquina opere de maneira semelhante a uma fresadora.

2. Usinagem por vibração ultrassônica assistida por produtos químicos

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

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

Aplicações de usinagem ultrassônica

As aplicações da Usinagem Ultrassônica são:

• Usinagem de artigos de formas muito precisas e intrincadas.
• Perfurar os furos redondos de qualquer forma.
• Moagem de materiais frágeis.
• Perfil dos furos.
• Gravação
• Trepanagem e cunhagem
• Fixação
• Cortar e brochar materiais duros.
• Usinagem dos vidros, cerâmica.
• Usinagem das pedras minerais precisas, tungstênio.
• Perfuração de matrizes e operação de corte.
• Isso é preciso o suficiente para ser usado na criação de componentes de sistemas microeletromecânicos, como wafers de vidro microestruturados
• O diamante é cortado para as formas desejadas.

Vantagens da usinagem ultrassônica

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

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

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

Além disso, a usinagem ultrassônica oferece maior tolerância do 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 maneira particularmente rápida de remover material das peças de trabalho.

Pelo contrário, é mais lento do que a maioria dos outros processos de usinagem. Para empresas de manufatura que procuram processos de produção em massa, a usinagem ultrassônica pode ser uma má escolha.

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 façam furos em peças de trabalho antes de expô-las a uma ferramenta de usinagem ultrassônica. Se um buraco for muito profundo, no entanto, a pasta não será capaz de preenchê-lo.