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Mecanizado ultrasónico Perforación de agujeros para materiales duros y frágiles

El mecanizado ultrasónico es la eliminación de material mediante la acción abrasiva de una suspensión líquida cargada de arena que circula entre la pieza de trabajo y una herramienta que vibra perpendicularmente a la cara de trabajo con una frecuencia superior al rango audible.
Frecuencia:
Amplitud de vibración (a):
 Gap overcut:
Estado de Disponibilidad:
Cantidad:
  • M20-R

  • Rps-sonic

  • M20-R

Mecanizado ultrasónico Perforación de agujeros para materiales duros y frágiles


Introducción

Por el contrario, el mecanizado ultrasónico   Es un proceso de mecanizado no térmico, no químico y no eléctrico que deja sin cambios la composición química, la microestructura del material y las propiedades físicas de la pieza de trabajo.A veces denominado rectificado por impacto ultrasónico (UIG) o corte por vibración, el proceso UM se puede utilizar para generar una amplia gama de características complejas en materiales avanzados.


UM es un proceso mecánico de eliminación de material que se puede utilizar para mecanizar materiales tanto conductores como no metálicos con durezas superiores a 40 HRC (dureza Rockwell medida en la escala C).El proceso UM se puede utilizar para mecanizar microcaracterísticas de precisión, orificios redondos y de formas irregulares, cavidades ciegas y características OD/ID.Se pueden perforar múltiples elementos simultáneamente, lo que a menudo reduce significativamente el tiempo total de mecanizado.

Se transmite energía de alta frecuencia y baja amplitud al conjunto de la herramienta.Un flujo constante de lodo abrasivo pasa entre la herramienta y la pieza de trabajo.La herramienta vibratoria, combinada con la lechada abrasiva, desgasta uniformemente el material, dejando una imagen inversa precisa de la forma de la herramienta.La herramienta no entra en contacto con el material;sólo los granos abrasivos entran en contacto con la pieza de trabajo.

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 una 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 a 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

Artículo

Parámetro

Abrasivo Carburo de boro, óxido de aluminio y carburo de silicio.  
Tamaño de grano(d0)   100 – 800
Frecuencia de vibración (f)  19 – 25 kHz  
Amplitud de vibración (a) 15 - 50 micras
Material de la herramienta Aleación de titanio y acero blando
Relación de desgaste   Tungsteno 1,5:1 y vidrio 100:1  
 Sobrecorte de brecha   0,02-0,1mm


Aunque las tecnologías de fabricación están bien desarrolladas para materiales como los metales y sus aleaciones, todavía existen problemas considerables en la fabricación de materiales duros y quebradizos, como la cerámica y el vidrio.Sus propiedades físicas y mecánicas superiores conducen a ciclos de mecanizado largos y costes de producción elevados.El mecanizado ultrasónico (USM) que utiliza partículas abrasivas sueltas suspendidas en una suspensión líquida para la eliminación de material se considera un método eficaz para fabricar estos materiales.Este trabajo ofrece primero una breve descripción general de USM y luego aborda principalmente el desarrollo de un modelo de simulación de este proceso utilizando una técnica numérica sin malla, la hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH).Se estudia la formación de grietas en la superficie de trabajo impactada por dos partículas abrasivas para comprender la eliminación de material y la interacción de las partículas abrasivas en USM.También se realizan experimentos para verificar los resultados de la simulación.El modelo SPH ha demostrado ser útil para estudiar USM y es capaz de predecir el rendimiento del mecanizado.


mecanizado ultrasónico


Los materiales duros y quebradizos, como el vidrio, la cerámica y el cristal de cuarzo, están recibiendo cada vez más atención en los últimos años debido a sus propiedades superiores como alta dureza, alta resistencia, estabilidad química y baja densidad.Los productos de alto rendimiento fabricados con estos materiales desempeñan un papel importante en diversos campos industriales, incluidos los de semiconductores, componentes ópticos, aeroespacial y automotriz [1, 2].Sin embargo, todavía existen problemas considerables, como ciclos de mecanizado largos y altos costes de producción, en la fabricación de materiales duros y quebradizos.Las dificultades particulares son la producción de micro/nanoestructuras con alta eficiencia de mecanizado, altas relaciones de aspecto y buenas superficies que no poseen tensiones residuales ni microfisuras.Por lo tanto, existe una necesidad crucial de desarrollar técnicas de micromecanizado eficientes y precisas para estos materiales.


Se han propuesto técnicas de mecanizado no tradicionales, como el mecanizado por descarga eléctrica y el mecanizado por rayo láser, para mecanizar materiales duros y quebradizos.Sin embargo, incluso estos procesos tienen limitaciones importantes: las superficies mecanizadas siempre están sujetas a daños inducidos por el calor, como la capa refundida y el estrés térmico.El mecanizado ultrasónico (USM) es otro método alternativo para fabricar materiales duros y quebradizos, tanto conductores como no conductores.Se conoce como un proceso mecánico total sin sufrir calor ni efectos químicos, por lo que USM no dañaría térmicamente los objetos a mecanizar ni parecería causar niveles significativos de tensión residual y alteraciones químicas.


¿Cuál es el principio del mecanizado ultrasónico?

      Mediante ultrasonidos para lograr una aceleración de impacto muy grande (aproximadamente 104-105 veces la aceleración de la gravedad) bajo la acción de una frecuencia de vibración de 20-50 KHz (es decir, 2000-50 000 veces por segundo), y la dirección de corte de la máquina es combinado con el movimiento principal de la máquina.Vibración de alta frecuencia, el material primero se tritura y luego se retira.


      El fresado ultrasónico es microscópicamente un corte por impulsos.El tiempo de corte efectivo de la herramienta es muy corto.La herramienta está completamente separada de la pieza de trabajo más del 80% del tiempo y la superficie mecanizada entra en contacto intermitente con la pieza de trabajo, lo que reduce en gran medida la resistencia de corte de la herramienta y evita el corte común.El fenómeno de dejar que el cuchillo se reduzca considerablemente en la tensión residual superficial de la pieza de trabajo.

El mecanizado ultrasónico, o estrictamente hablando el 'mecanizado por vibración ultrasónica', es un proceso de fabricación por sustracción que elimina material de la superficie de una pieza mediante vibraciones de alta frecuencia y baja amplitud de una herramienta contra la superficie del material en presencia de finas partículas abrasivas. .La herramienta se desplaza vertical u ortogonalmente a la superficie de la pieza en amplitudes de 0,05 a 0,125 mm (0,002 a 0,005 pulgadas).[1]Los finos granos abrasivos se mezclan con agua para formar una suspensión que se distribuye por la pieza y la punta de la herramienta.Los tamaños de grano típicos del material abrasivo varían de 100 a 1000, donde los granos más pequeños (mayor número de granos) producen acabados superficiales más suaves.



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