Mecanizado de cerámica con procesamiento de mecanizado ultrasónico rotativo con baja frecuencia

Introducción

El mecanizado ultrasónico es un proceso de mecanizado no tradicional de tipo mecánico.Se emplea para mecanizar materiales duros y quebradizos (tanto materiales conductores como no conductores de electricidad) que tienen una dureza generalmente superior a 40 HRC.El proceso se desarrolló por primera vez en la década de 1950 y se utilizó originalmente para el acabado de superficies de electroerosión.En el mecanizado ultrasónico, la herramienta de la forma deseada vibra a una frecuencia ultrasónica (de 19 a 25 kHz) con una amplitud de 15 a 50 micrones sobre la pieza de trabajo.Generalmente la herramienta se presiona hacia abajo con una fuerza de avance F. Entre la herramienta y la pieza de trabajo, la zona de mecanizado se inunda con partículas abrasivas duras generalmente en forma de lechada a base de agua.A medida que la herramienta vibra sobre la pieza de trabajo, las partículas abrasivas actúan como penetradores y marcan tanto el material de trabajo como el de la herramienta.Las partículas abrasivas, al indentar el material de trabajo, eliminarían el material tanto de la herramienta como de la pieza de trabajo.En el mecanizado ultrasónico, la eliminación de material se debe a la iniciación de grietas, la propagación y la fractura frágil del material.USM se utiliza para mecanizar materiales duros y quebradizos, que son malos conductores de la electricidad y, por lo tanto, no pueden procesarse mediante mecanizado electroquímico (ECM) o mecanizado por electroerosión (EDM).La herramienta en USM está hecha para vibrar con alta frecuencia sobre la superficie de trabajo en medio del lodo que fluye.La razón principal para utilizar la frecuencia ultrasónica es proporcionar un mejor rendimiento.Las frecuencias audibles de las intensidades requeridas se escucharían como sonidos extremadamente fuertes y causarían fatiga e incluso daños permanentes al aparato auditivo.

En el proceso de UM, se aplica una señal eléctrica de baja frecuencia a un transductor, que convierte la energía eléctrica en vibración mecánica de alta frecuencia (~20 KHz) (ver Figura 2).Esta energía mecánica se transmite a un conjunto de bocina y herramienta y da como resultado una vibración unidireccional de la herramienta a la frecuencia ultrasónica con una amplitud conocida.La amplitud estándar de vibración suele ser inferior a 0,002 pulgadas. El nivel de potencia para este proceso está en el rango de 50 a 3000 vatios.La presión se aplica a la herramienta en forma de carga estática.

Un flujo constante de lodo abrasivo pasa entre la herramienta y la pieza de trabajo.Los abrasivos comúnmente utilizados incluyen diamante, carburo de boro, carburo de silicio y alúmina, y los granos abrasivos se suspenden en agua o en una solución química adecuada.Además de proporcionar grano abrasivo a la zona de corte, la lechada se utiliza para eliminar los residuos.La herramienta vibratoria, combinada con la lechada abrasiva, desgasta el material de manera uniforme, dejando una imagen inversa precisa de la forma de la herramienta.

El mecanizado ultrasónico es un proceso de mecanizado con abrasivo suelto que requiere una fuerza muy baja aplicada al grano abrasivo, lo que conduce a una reducción de los requisitos de material y un daño mínimo o nulo a la superficie.La eliminación de material durante el proceso de UM se puede clasificar en tres mecanismos: abrasión mecánica por el martilleo directo de las partículas abrasivas en la pieza de trabajo (mayor), microdesprendimiento por el impacto de los abrasivos que se mueven libremente (menor) y cavitación inducida. erosión y efecto químico (menor).²

Las tasas de eliminación de material y la rugosidad de la superficie generada en la superficie mecanizada dependen de las propiedades del material y los parámetros del proceso, incluido el tipo y tamaño del grano abrasivo empleado y la amplitud de la vibración, así como la porosidad, dureza y tenacidad del material.En general, la tasa de eliminación de material será menor para materiales con alta dureza (H) y tenacidad a la fractura (KIC).

Parámetros del mecanizado ultrasónico:

El método de mecanizado por vibración ultrasónica es una técnica de corte eficaz para materiales difíciles de mecanizar.Se encuentra que el mecanismo USM está influenciado por estos importantes parámetros.  

 Amplitud de oscilación de la herramienta (a0)

 Frecuencia de oscilación de la herramienta (f)  

 Material de herramienta  

 Tipo de abrasivo

 Tamaño de grano o tamaño de grano de los abrasivos – d0  

 Fuerza de avance - F  

 Área de contacto de la herramienta – A  

 Concentración de volumen de abrasivo en lodo de agua – C  

 Relación entre la dureza de la pieza y la dureza de la herramienta;λ=σw/σt

Características:

•         Instalación simple

•       Mejore la integridad de la superficie del material que se procesa para un verdadero corte en frío.

•       Reduzca la resistencia al corte durante el procesamiento de la herramienta y reduzca la tensión residual en la superficie del material mecanizado.

•       El procesamiento de máquinas herramienta de alta velocidad se puede utilizar para mejorar la eficiencia del mecanizado en aplicaciones de máquinas de baja velocidad.

•       JT, BT, HSK, vástago recto y otras especificaciones personalizadas según el husillo de la máquina herramienta del usuario

•       Adecuado para materiales duros y quebradizos, como: vidrio, las lámparas de cerámica son materiales más difíciles de procesar.