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. Isto é, portanto, transmitido para a ferramenta de penetração através de um dispositivo mecânico de focagem que fornece uma vibração intensa da amplitude desejada na extremidade da ferramenta.
O dispositivo de foco mecânico é às vezes 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. Sua extremidade inferior é fornecida com meios para prender a ferramenta.
Todas essas peças, incluindo a ferramenta feita de baixo carbono ou aço inoxidável para o formato da cavidade desejada, atuam como um corpo elástico que transmite as vibrações para a ponta da ferramenta.
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 pedras preciosas. O silício encontra a maior aplicação. Para o corte de vidro e cerâmica, a alumina é considerada a melhor.
A lama abrasiva é espalhada para a 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 um banho na zona de corte.
O tamanho do abrasivo varia entre grãos 200 e 2000 grãos. Classes grossas são boas para desbaste, enquanto classes mais finas, digamos grão 1000, são empregadas para acabamento. Abrasivos frescos cortam melhor e a pasta, portanto, deve ser substituída periodicamente
Precisão
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 duros, a taxa de penetração é menor. A precisão dimensional de até t0,005 mm é possível e os acabamentos de superfície até um valor Ra de 0,1-0,125 mícron podem ser obtidos.
Um raio de canto mínimo de 0,10 mm é possível para o acabamento da usinagem. A gama de tamanhos de máquinas USM varia de um tipo portátil leve com uma entrada de cerca de 20 W a máquinas pesadas com uma entrada de até 2 kW.
Limitações do processo
A principal limitação do processo são as taxas de corte de metal relativamente baixas. A taxa máxima de remoção de metal é de 3 mm® / se o consumo de energia é alto. A profundidade dos orifícios cilíndricos é atualmente limitada a 2,5 vezes o diâmetro da ferramenta.
O desgaste da ferramenta aumenta o ângulo do furo, enquanto os cantos agudos se tornam arredondados. Isso implica que a substituição da ferramenta é essencial para a produção de furos cegos precisos. Além disso, o processo é limitado, em sua forma atual, à máquina em superfícies de tamanho comparativamente pequeno.
Desenvolvimento recente
Recentemente, ocorreu um novo desenvolvimento na usinagem ultrassônica em que 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 removeu algumas das desvantagens do processo convencional de perfuração 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 feitos em cerâmica sem nenhuma queda na taxa de usinagem como é experimentado no processo convencional.
Aplicação de Usinagem Ultrassônica
A simplicidade do processo o torna econômico para uma ampla gama de aplicações, tais como:
· Apresentando orifícios redondos e orifícios 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.
· Em operações de usinagem como furação, retificação, perfilamento e operações de 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 aproximadamente a peça ou a ferramenta.
· Na fabricação de matrizes e matrizes de trefilação de carboneto de tungstênio e fio de diamante para processos de forjamento e extrusão.
· Permitir que o dentista faça um orifício de qualquer formato nos dentes sem criar dor.
Vantagens da usinagem ultrassônica
· Materiais extremamente duros e quebradiços podem ser facilmente usinados.
· Perfis de alta precisão e bom acabamento superficial podem ser facilmente obtidos.
· A peça usinada está livre de tensões.
· A taxa de remoção de metal é baixa.
· Devido a praticamente nenhuma 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.
